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锦屏二级水电站隧道涌水三维数值模拟研究

作　者: 蒋欢欢
导　师: 邓英尔
学　校: 成都理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 锦屏二级电站隧洞涌水隧址区地下水环境地下水渗流场涌水量三维数值计算
分类号: TV223.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

隧道大流量涌水往往会造成比较严重的后果，它不仅影响隧道的正常施工，且会波及隧道建成后的安全运营。锦屏二级水电站工程区位于高山峡谷地区，河谷深切，峭壁陡立。自隧道开挖开始，已经发生200余次不同规模的涌突水，对人员及设备安全产生了较大的安全隐患。为了揭示修建锦屏二级水电站隧道对该隧址区地下水环境造成什么影响、以及地下水环境的变化对隧道涌水有何影响，本文主要开展了以下研究工作：（1）对研究区地质条件与水文地质条件进行调查分析；（2）建立水文地质概念模型；（3）主要采用数值模拟手段，建立研究区三维数值计算模型；（4）设计下列三维数值模拟方案，对该隧址区地下水渗流进行三维数值计算研究：①天然状态下地下水渗流模拟，②蓄水前隧洞排水条件下的地下水渗流模拟，③蓄水后隧洞排水条件下的地下水渗流模拟，④蓄水前后所有隧洞排水其他隧洞封堵条件下神流场计算与分析，⑤蓄水前后所有隧洞排水条件下各时段涌水量的计算分析等，⑥蓄水前后排水洞排水其它隧洞封堵条件下各时段排水量计算。取得的主要成果如下：（1）研究区地形陡峭，地质构造复杂，发育有背斜与向斜及断层。区内地下水分为第四系松散堆积层孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水及基岩裂隙水三大类，其中以碳酸盐岩裂隙溶洞水及基岩裂隙水为主。区内主要强富水岩组为三叠系中统白山组（T2b）灰岩、大理岩；主要弱富水岩组为三叠系下统（T1）大理岩，三叠系中统盐塘组（T2y）大理岩、灰岩和三叠系中统杂谷脑组（T2z）大理岩；相对隔水层为三叠系上统（T3）砂岩、板岩。查明了研究区地下水补径排条件，地下水主要接受大气降雨和高山融雪补给，通过地表径流或小型岩溶管道以泉形式向雅砻江及沟谷排泄。（2）在上述地质条件与水文地质条件研究基础上，对研究区模型边界条件及源汇项，进行了概化，建立了研究区水文地质概念模型。（3）对隧址区地下水，进行了稳定流三维数值计算，获取初始地下水位。然后，对隧址区地下水，进行三维非稳定渗流数值计算，分析了水库蓄水前在隧洞完全排水条件下的渗流场。结果表明：在排水条件下，开挖隧道对隧址区天然地下水渗流场影响较大，对隧洞周围地下水分布规律改变明显，沿隧洞走向形成了“长轴形”降位漏斗，形成了较大的水位降深，对可溶岩地层地下水的影响尤其明显。（4）进行了排水洞排水而其他隧道封堵条件下的隧址区地下水渗流场数值计算与分析。三维数值计算结果表明：隧道开挖对隧址区地下水环境造成了大的影响，使隧洞周围地下水渗流场呈现漏斗状，并将产生相当长时间的影响。（5）三维非稳定渗流数值计算表明，隧道群总涌水量13.15m³/s，其中隧道依次经过的三叠系中统杂谷脑组（T2z）的涌水量为1.25m³/s，三叠系上统（T3）的涌水量为0.71m³/s，三叠系中统白山组(T_2b)的涌水量为8.89m³/s，三叠系中统盐塘组(T_2y)的涌水量为2.30m³/s。三维非稳定渗流数值计算结果与隧洞实际涌水较吻合，表明本文所建立的模型和计算结果是合理的。（6）本文研究结果为锦屏二级电站隧道的正常运行提供了可靠的依据，对类似隧道的正常施工及安全运营也具有重要意义。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章前言  10-17
  1.1 选题依据及研究意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 隧道涌水预测方法研究现状  11-13
    1.2.2 研究区研究现状  13-14
    1.2.3 发展趋势  14
  1.3 研究内容及技术路线  14-17
    1.3.1 研究内容  14-15
    1.3.2 技术路线  15-17
第2章研究区自然地理和地质环境条件  17-25
  2.1 自然地理条件  17-20
    2.1.1 地理位置及交通状况  17-18
    2.1.2 地形地貌  18-19
    2.1.3 气象及水文  19-20
  2.2 地质条件  20-25
    2.2.1 地层岩性  20-22
    2.2.2 地质构造  22-25
第3章研究区水文地质条件  25-39
  3.1 地下水类型  25-27
    3.1.1 松散岩类孔隙水  25
    3.1.2 碳酸盐岩类裂隙溶洞水  25-26
    3.1.3 基岩裂隙水  26-27
  3.2 地下水的补给、径流和排泄条件  27-28
  3.3 地下水化学特征  28-33
  3.4 隧道施工揭示的涌水特征  33-39
第4章研究区水文地质概念模型  39-43
  4.1 模型范围  39-40
  4.2 模型含水层划分  40-41
    4.2.1 强至中等含水层  40
    4.2.2 中至弱等含水层  40-41
    4.2.3 相对隔水层  41
  4.3 模型边界条件及概化  41-42
  4.4 模型的源汇项  42-43
第5章研究区地下水渗流三维数值模拟、预测及评价  43-68
  5.1 软件模拟原理简介  43-44
  5.2 三维数值模型的建立及参数确定  44-46
    5.2.1 模型的离散  44-45
    5.2.2 模型水文地质参数确定  45-46
  5.3 模型的识别和校验  46-47
  5.4 模型计算方案  47
  5.5 地下水渗流三维数值计算与分析  47-68
    5.5.1 天然状态下地下水渗流模拟  47-49
    5.5.2 蓄水前所有隧洞排水条件下的渗流场模拟  49-54
    5.5.3 蓄水后所有隧洞排水条件下的渗流场模拟  54-57
    5.5.4 蓄水前后排水洞排水其它隧洞封堵条件下渗流场计算与分析  57-58
    5.5.5 蓄水前后所有隧洞排水条件下各时段涌水量的计算  58-62
    5.5.6 蓄水前后排水洞排水其它隧洞封堵条件下各时段排水量计算  62-68
结论  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
攻读硕士期间取得学术成果  73

锦屏二级水电站隧道涌水三维数值模拟研究

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