天荒坪电站输水系统区域断层对输水系统影响研究

摘要

针对目前天荒坪抽水蓄能电站输水系统区域存在多处集中漏水点（主要与断层、岩脉等相关）问题，即输水系统区域集中渗流问题，采用输水系统区域流固热耦合作用分析、地质雷达现场探测与围岩水力劈裂分析等手段，来研究输水系统区域各断层对输水系统的影响，确定这些集中渗漏通道，继而预测评价输水系统区域围岩体在长期高水头作用下潜在的渗透稳定性和危害性。主要研究内容如下:
　　1)输水系统区域水文地质、工程地质条件及相关参数的收集与分析
　　收集分析输水系统区域水文地质、工程地质分区及其相关参数的研究成果，掌握主要断层、岩脉和裂隙组的产状性质，特别注重各个与输水系统相交切的断层渗透特性及连通延伸特性、节理裂隙发育分区及渗透特性。收集分析输水系统区域各阶段的灌浆补强、堵头延长等工程位置及范围。
　　2)输水系统区域流固热耦合作用分析
　　针对天荒坪抽水蓄能电站输水系统，在有关文献的基础上，首先建立了一组多孔岩体介质瞬态的流、固、热三场全耦合方程组（其中包括固体变形、能量传输、流体流动三个相互耦合的过程，多物理场之间的交叉耦合还包括材料性质与独立变量之间的耦合关系），然后利用COMSOL软件（基于偏微分方程组的多物理过程模拟工具）作为平台，成功求解了这一全耦合偏微分方程组，得到了天荒坪抽水蓄能电站输水系统区域流固热耦合场。
　　3)应用地质雷达探测输水系统区域集中渗漏部位
　　在华东院地质勘测资料和河海大学渗漏薄弱部位探测资料等基础上，应用地质雷达探测手段，在探洞、施工支洞等洞壁渗水点部位布设测点，探测输水系统区域富水断层和节理带，初步确定了各洞壁渗水点的浅层集中渗漏通道，为下一步集中渗漏通道的反演分析提供基础。
　　4)高水头作用下输水隧洞围岩水力劈裂分析
　　针对水力劈裂分析研究的不足，根据断裂力学原理重点研究了以下问题:①地下洞室围岩区各种类型裂隙的(I)型应力强度因子计算方法、复合型裂纹发生水力劈裂理论判据;②压剪断裂的力学机理，有水压力作用的压剪断裂应力强度因子的计算及其判据;③将以上理论应用于天荒坪抽水蓄能电站输水系统岔管区围岩的水力劈裂分析中。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩体流固热耦合作用研究现状

1．2．2 地质雷达探测技术研究现状

1．2．3 围岩水力劈裂分析研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 水文地质和工程地质条件分析

2．1 工程概况

2．2 输水系统区域水文地质、工程地质条件分析

2．2．1 水文地质条件分析

2．2．2 工程地质条件分析

2．3 上游输水系统设计简述

2．3．1 排水廊道系统

2．3．2 高压钢管管壁外排水系统

2．4 运行期间输水系统渗水情况及工程处理

3 输水系统区域流固热耦合作用分析

3．1 输水系统区域流固热耦合分析模型

3．1．1 流固热三场全耦合数学模型

3．1．2 基于COMSOL全耦合分析的实施

3．1．3 输水系统区域流固热三场耦合计算分析

3．1．4 讨论

3．2 本章小结

4 下平段围岩地质冒达探测

4．1 测区地质及地球物理特征

4．2 地质雷达探测原理

4．3 探测方法及测线布置

4．4 探测成果及分析

4．4．1 A1排水廊道

4．4．2 B3排水廊道

4．4．3 A3排水廊道

4．4．4 B1排水廊道

4．4．5 B2排水廊道

4．4．6 A2排水廊道

4．4．7 5#施工支洞

4．4．8 6#施工支洞

4．5 本章小结

5 高水头作用下输水隧洞围岩水力劈裂分析

5．1 高压隧洞发生张拉型水力劈裂分析

5．1．1 高压隧洞围岩裂隙应力强度因子的计算

5．1．2 张开型裂缝失稳扩展时的临界水压力值

5．2 高压隧洞发生压剪断裂情况研究

5．3 高水压作用下岔管围岩的水力劈裂分析

5．3．1 地应力资料整理分析

5．3．2 输水隧洞高压岔管区水力劈裂分析

5．4 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献