泰山抽水蓄能电站上库帷幕灌浆时效性分析研究

摘要

在我国水电资源开发利用的进程中，修建了一大批水电工程，其中包括众多抽水蓄能电站。抽水蓄能电站地形要求独特、库容相对较小、水位变化频繁，防渗问题尤为重要，而帷幕灌浆工程能在垂直方向起到很好的防渗堵漏效果。本文以泰山抽水蓄能电站上库左岸帷幕灌浆工程为研究对象，通过研读大量相关勘察、设计、图纸、论文文献资料，采用理论分析、现场监测、勘察试验与数值模拟分析相结合的方法，对泰山抽水蓄能电站上库左岸帷幕灌浆工程进行系统的研究，主要研究内容及成果如下:
　　(1)总结梳理前人研究工作、收集分析工程资料、研读相关文献，提出研究内容及技术路线。本文研究对象位于左岸的左坝头趾板段与第五段帷幕，地下水类型主要为基岩裂隙水、孔隙性潜水，地下水、地表水无腐蚀性，区域内存在大断层，节理裂隙发育，主要岩性为斑纹状混合岩。本文分析比较了不同帷幕灌浆作用机理，归纳帷幕灌浆主控参数，着重研究了灌浆压力与浆液扩散半径。
　　(2)通过渗流监测，并结合现场压水试验的方法对帷幕灌浆时效性进行研究。通过上库渗流监测资料，可知帷幕灌浆渗流量较大，帷幕渗流量大概为1587.17m3/d。通过钻取三个孔进行压水试验，可知1＃孔透水率的均值为2.42 Lu，相应的2＃孔透水率的均值为1.29 Lu，3＃孔透水率的均值为3.34 Lu，由此可知，三个孔的平均透水率均大于1 Lu的防渗标准，由此推断左岸帷幕灌浆已达不到防渗要求。
　　(3)基于帷幕数值计算结果，对帷幕灌浆进行时效性研究。简析了地下水渗流的基本理论，推导出利用有限单元法计算渗流量的公式。建立泰山抽水蓄能电站上库帷幕的数值模型，计算分析帷幕在不同防渗效果情况下的渗流场分布状况及其相应的渗流量。研究成果表明，符合设计要求的帷幕具有很好的防渗堵漏效果，但随着帷幕防渗效果减弱，渗流场变化明显，库水渗漏逐渐变大，当帷幕完全失效时，渗漏量可达30.16L/s。
　　(4)基于以上研究工作，对帷幕时效性进行综合总结分析。首先对前期帷幕灌浆设计、施工进行校核与评价，可知前期帷幕的设计与施工达到了防渗要求;结合近期的渗流监测资料及本文研究期间的压水试验所取得的成果，可知上库左岸帷幕灌浆现状条件下的透水率基本上都大于1 Lu，已不满足防渗标准的要求;最后，由帷幕灌浆数值模拟结果，可知帷幕在不同防渗效果情况下的渗流场分布状况和渗流量，推测灌浆帷幕的渗透系数为3.53×10-5 cm/s，通过插值法求得此工况下渗漏量为18.37 L/s。判定此处岩体处于弱透水等级，帷幕仍然具有一定的防渗阻水效果，但不满足此处透水率要小于等于1Lu的防渗要求。基于以上结论，提出了对帷幕进行补灌的处理措施。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 概述

1．2．2 帷幕灌浆研究现状

1．3 研究内容

1．4 研究方法与技术路线

第二章 泰山抽水蓄能电站帷幕工程概况

2．1 引言

2．2 工程概况

2．2．1 工程简介

2．2．2 水文地质、气象条件

2．2．3 工程地质条件

2．3 帷幕灌浆概况

第三章 帷幕灌浆主要控制参数研究

3．1 引言

3．2 帷幕灌浆机理

3．2．1 渗透型灌浆理论

3．2．2 压密型灌浆理论

3．2．3 劈裂型灌浆理论

3．3 帷幕灌浆主要技术参数

3．4 帷幕灌浆压力研究

3．4．1 帷幕灌浆压力

3．4．2 灌浆压力的确定

3．5 浆液扩散范围研究

3．5．1 扩散半径与孔距

3．5．2 扩教半径确定方法

3．6 本章小结

第四章 帷幕灌浆时效性试验研究

4．1 引言

4．2 渗流监测

4．2．1 渗流监测布置

4．2．2 渗流监测结果及分析

4．3 帷幕灌浆压水试验

4．3．1 压水试验概况

4．3．2 压水试验设计

4．3．3 压水试验

4．3．4 试验结果分析

4．4 本章小结

第五章 帷幕灌浆时效性理论及数值分析研究

5．1 引言

5．2 渗流的理论基础

5．2．1 渗流的基本概念

5．2．2 渗流基本定律

5．2．3 渗流模型及边界条件

5．3 渗流分析的有限单元法

5．3．1 渗流场水头分布计算

5．3．2 渗流流量计算

5．3．3 FEM法渗流分析

5．4 帷幕数值模拟

5．4．1 渗流模型的建立

5．4．2 三维渗流数值模拟

5．5 数值计算结果分析

5．6 本章小结

第六章 帷幕灌浆时效性综合分析及处置建议

6．1 引言

6．2 泰山电站帷幕时效性综合分析

6．2．1．帷幕灌浆设计及施工校核

6．2．2 帷幕灌浆效果试验研究分析

6．2．3 帷幕灌浆数值模拟分析

6．3 帷幕灌浆处置建议

6．3．1 灌浆布置

6．3．2 灌浆材料及制浆

6．3．3 帷幕补灌施工工序

6．3．4 计划安排

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 全文总结

7．2 本文创新点

7．3 工作不足与展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研项目

硕士期间发表的论文及专利