适于岩溶地区渗流场计算的改进折算渗透系数法和变渗透系数法

在总结各种岩溶地下水渗流计算方法的基础上,针对岩溶地区渗流场的特点,提出可同时考虑达西和非达西渗流流态的2种岩溶渗流计算方法:(1)改进折算渗透系数法。该方法从Colebrook公式出发,推求适用于求解紊流3个区沿程水头损失系数λ的公式,从而使岩溶管道水流与孔隙、裂隙水流统一起来;(2)变渗透系数法。该方法是将岩溶管道的渗透系数表示成待求水头和流态指数的函数,使岩溶管道中的非达西流与其他介质中的达西流统一起来。针对现有折算渗透系数法中的缺陷,推导了整体坐标系下岩溶管道渗透张量的计算公式。根据非稳定岩溶渗流基本微分方程式,基于Galerkin有限元法推导出了适用于岩溶渗流计算的有限元方程。经算例验证,提出的2种方法是合理可行的。

岩溶管道的折算渗透系数取值探讨

为完善岩溶管道的折算渗透系数计算方法,基于Izbash指数方程,在考虑了局部水头损失和沿程水头损失的条件下推导了岩溶管道的折算渗透系数公式,并通过建立弯折岩溶管道模型验证该方法的合理性。基于此弯折岩溶管道模型,采用单因素分析法,讨论了4种流态分区(层流区、水力光滑区、第二过渡区和水力粗糙区)下折算渗透系数对水流的雷诺系数、岩溶管道直径和弯折角度以及岩溶管道计算长度的响应。结果表明:(a)岩溶管道较短时,大雷诺系数和水流边界条件的急剧变化会产生较大的局部水头损失,此时推导的考虑局部水头损失的折算渗透系数可以较好地反映实际情况。(b)岩溶管道直径对折算渗透系数的影响最大;雷诺系数只在层流区影响较大,其他3个流态区雷诺系数、弯折角度和岩溶管道计算长度的影响与管道直径相比较小。

岩溶管道与裂隙交叉渗流特性试验研究

研制了光滑岩溶管道和裂隙交叉的水力特性室内试验模型。采用正交试验设计方法安排试验,测得了48组岩溶管道和裂隙不同交叉、不同水力情况下的渗流水力特性数据。采用正交统计分析法分析绘制试验因子关系曲线图,详细研究裂隙宽度、岩溶管道直径及进水水头对试验成果的影响。定量分析了岩溶管道与裂隙交叉时其折算渗透系数与长度、直径等因素之间的关系,并在量纲分析的基础上,采用变结构遗传算法建立了计算岩溶管道和裂隙交叉时管道汇流量的数学表达式。最后将计算值与试验值对比,结果表明,所建立的公式能较好地反映影响管道汇流量各因素之间的内在联系。

地质缺陷的面板堆石坝渗流特性分析及处理措施研究

新疆某水电工程地质条件复杂,层面及构造发育,左岸坝基存在断层构造,水平宽度达0.5 m且上下游贯通,左岸坝肩存在宽5 m的白云岩溶蚀带,溶穴较为发育。根据坝址区地质地形特性,建立了工程坝址区三维有限元渗流性态分析模型,模拟了溶蚀带和大断层等重要地质构造,采用改进折算渗透系数法以精确模拟溶蚀带的渗透性,分析了左岸白云岩溶蚀带和F4断层地质缺陷对坝址区渗流性态的影响,研究了采用不同深度混凝土洞塞处理溶蚀带的防渗效果,开展了断层渗透参数敏感性分析,提出了白云岩溶蚀带采用混凝土洞塞截渗及断层采用混凝土帷幕灌浆的防渗处理方式。