麒麟观水库坝区裂隙岩体渗流数值模拟研究

来源 :中国地质大学 中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:goodluckxsb1223
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该文以麒麟观水库坝区裂隙岩体为研究对象,研究坝区岩体裂隙的发育特征、裂隙岩体的渗透系数、裂隙岩体渗流场数值模拟以及渗流场和应力场耦合后形成的有效应力场的数值模拟.对麒麟观水库坝区裂隙岩体渗流的研究既涉及水文地质学研究的范畴,又涉及工程地质学的研究范畴,还引进水力学及其它力学基础.运用数学、力学、水力学和岩体力学的理论,建立岩体水力学数学模型,运用模型模拟的方法来研究、评价和预测渗流场内的水头分布和渗流量等要素以及渗流场变化后引起的应力场的改变,以便能正确指导大坝工程施工设计及地下水资源的合理开采应用.该文系统的研究了坝区岩体裂隙的发育特征.除作了定性分析外,对岩体裂隙几何参数(方位、规模、间距(密度)、张开度)进行统计分析,采用Monte-Carlo模拟技术生成岩体裂隙网络图,该图可以"由表及里",了解在一般情况下难以观察、测量到的岩体内部裂隙的发育情况,能更好的确定岩体结构特征.在裂隙网络模拟的基础上搜索出的裂隙网络连通图,可以再现岩体内部的优势裂隙,也就得到了岩体的主渗方向及起主要渗流作用的裂隙组.裂隙几何参数的这种定量化分析,奠定了坝区渗流场及渗流场与应力场耦合分析的地质基础,并为裂隙岩体渗透系数张量的统计学研究提供了前提条件.坝区渗流场分析的正确与否决定于控制方程中各项参数,其中最为困难、也最为重要的首推渗透系数的确定.渗透系数要随空间位置及不同方向而变化,常用渗透张量表示.没有可靠的渗透参数,即使很高的数值计算精度也难于反映实际情况.该文采用Monte-Carlo模拟结果计算坝区裂隙岩体的渗透系数张量与综合渗透系数等岩体水力学参数.该方法使岩体渗透系数张量的计算更加合理,使岩体渗透系数张量更客观地反映岩体的渗透特性,提高了所用岩体水力学参数(渗透系数张量)的可靠性.野外压水试验方法是确定岩体渗透系数的又一方法,该方法可以直接把裂隙的全部影响因素综合的反映出来.由于试验范围有限,求得的渗透系数张量具有局部性特点.该文将这两种计算方法得出的渗透系数进行比较分析,以便于灵活运用,也有利于进一步查清坝区地质特征.对下坝区的裂隙岩体进行渗流场数值模拟分析时,按主干裂隙网络和裂隙岩块建立的双重介质模型即能综合表达裂隙系统结构的极不均匀性和渗透空间的各向异性以及渗流的非连续性,又能描述大裂隙系统的空间展布及其强导水作用和细小裂隙相对贮水作用的渗透机制,因此该模型比较全面的刻划了岩体系统的渗流问题.通过不同方案渗流模拟的结果分析,得出下坝区的渗漏主要是绕坝渗漏,因为切穿性好的层面裂隙是其主要渗流通道,裂隙之间互相相交,构成网状渗漏系统使其渗漏量增加.在正常水位下绕坝渗漏量占南河流域全年径流量的0.56%,坝基的渗漏量很小,只占南河流域全年径流量的0.13%,因此,在进行大坝设计时,要充分考虑到绕坝渗漏以便铺设防渗措施.
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