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高水头水电工程岩体渗流演化特征与控制关键技术

发布时间: 2017-04-01 15:00:51     返回首页


渗流是影响水电工程稳定与安全的重要因素,事关坝址选择、枢纽布局和安全运行。随着我国高坝枢纽工程和高水头抽水蓄能电站的大规模兴建,高坝岩基和高压引水系统围岩将承受极高的渗透水压和水力坡降,不仅导致岩体渗流产生强烈的非线性,而且导致岩体发生水力劈裂和渗透破坏的风险急剧增大。传统基于达西定律的渗流分析与控制理论已难以满足高水头水电工程建设与管理需求,导致工程渗漏、涌水、突水等事件频繁发生。开展高水头条件下岩体渗流演化特征与控制技术研究,已成为高水头水电工程建设与安全运行亟需解决的关键科学技术问题。

本项目依托国家自然科学基金、部委计划项目以及锦屏一级、琼中等一批高水头水电工程科研项目,针对高水头的运行条件、非线性的渗流演化和全过程的控制需求,开展岩体渗透特性演化机理与快速测试技术、非线性渗流规律与参数取值方法、渗流分析理论与动态反馈技术、渗流控制理论与优化设计方法研究。主要创新成果如下:

1、建立了考虑岩体结构与岩块损伤、结构面剪胀的岩体渗透张量演化模型,研发了基于水流振荡波理论的岩体渗透张量单孔快速测试技术和设备,提出了倾斜地层和单裂隙渗透特性的振荡测试理论和方法,首次解决了岩体渗透张量单孔现场快速测试的技术难题。

2、提出了基于高压压水试验的岩体非线性渗流参数解析模型和参数取值方法,发展了等效连续介质/裂隙网络渗流的Signorini型抛物变分不等式分析方法,建立了岩体渗流场的多目标、全过程动态反演分析方法,实现了大型水电工程饱和/非饱和、稳定/非稳定、线性/非线性渗流在统一框架下的高效模拟与动态反演。

3、提出了基于高压压水试验各级压力下最大透水率的防渗设计准则,建立了基于水文地质条件、渗控结构精细模拟和动态反馈的防渗排水优化设计方法,形成了水电工程设计、施工、初期蓄水和长期运行全过程的渗控系统布局与优化、渗流异常反馈与治理、渗流安全评价与调控技术体系。

项目成果形成能源行业标准4部,授权国家发明专利4项、外观设计专利3项,获批软件著作权登记3项;出版专著1部,发表学术论文102篇,其中SCI收录71篇,EI收录22篇。成果得到国内外同行的广泛关注和赞赏,Web Science核心集引用千余次。

项目成果经教育部组织专家鉴定,认为总体达到国际领先水平。成果已成功应用于锦屏一级、琼中、卡拉等高水头水电工程坝基岩体和洞室围岩渗透张量测试、动态反馈分析与渗流控制优化设计,解决了锦屏一级水电站左岸1595 m高程排水廊道涌水发生后水库能否如期蓄水等重大工程决策难题,产生了明显的社会经济效益,显著推动了水利水电行业科技进步。