高坝和地下厂房是地处高山峡谷的水电站的一种典型开发模式。水电站的坝区和地下厂区的地质条件复杂、地下洞室和排水孔幕等渗流内部边界多,渗流计算是一个大规模的非线性求解问题。本文从有限元方法、计算模型边界确定、排水孔简化模拟等方面进一步研究水电站厂坝区渗流计算的数值计算方法,并将这些方法应用于几个典型水电站的渗流场分析中。主要研究内容及取得的成果如下:　　 (1)指出有自由面的渗流从渗透系数小的区域流向渗透系数大的区域时,在介质的接触面附近可能存在自由面急剧降落的现象,因这种现象符合逸出面的现象描述和数学描述,故将这类自由面急剧降落的现象命名为内部逸出面现象。内部逸出面现象的存在是造成渗流数值求解不易收敛和结果不准确的重要原因。基于Richards方程的饱和-非饱和算法,给出了适合于求解二维和三维渗流问题的内部逸出面模拟方法,大大提高了介质接触面附近计算的收敛性和准确性。　　 (2)提出一种可代替任意边界位置的“缩尺单元”,用于分析和处理强弱透水互层的坝基渗流计算模型的截断边界。　　 (3)提出一种在坝体和坝基耦合模型底部设置绕渗单元和添加流量边界的方法,实现了局部模型渗流场与整体厂坝区渗流场的一致。　　 (4)分析模拟排水孔幕的“以沟代井列”附加单元法的局限性,提出一种可以模拟多种介质中、多种边界条件下排水孔幕的改进附加单元法。　　 (5)对修建在强、弱透水层互层的深126.5m覆盖层上的硬梁包闸坝地基采用80m深的悬挂式防渗墙方案,进行三维渗流场计算和渗透稳定性分析。结果表明,尽管大坝上下游水头差仅30m,覆盖层内上下游粉细砂层中均有较大范围区域的渗透坡降超过允许渗透坡降,若坝基土层之间不存在反滤关系,则粉细砂层内将发生内部侵蚀。通过加深悬挂式防渗墙的深度并不能降低坝基发生渗透破坏的风险,只有防渗墙全封闭方案才能保证坝基的渗透稳定。渗流计算采用的三维计算模型中,上下游截断面布置了可代替任意边界位置的“缩尺单元”,计算发现对于强弱透水层交替出现的地基覆盖层,截断边界处理为不透水边界时,截断面位置与地基内防渗体的距离对地基的渗流场有显著影响。　　 (6)对双江口水电站和长河坝水电站的厂坝区分别进行渗流场计算,结果表明,双汀口水电站厂区的排水孔幕,能够在厂房顶部形成渗流漏斗,有效地降低了厂房部位的地下水位和厂房周围的水压力。在长河坝水电站地下厂区,水电站引水隧洞外部围岩的水头超过库水水头,当引水隧洞内的水放空时隧洞衬砌的外水压力仍然很大。　　 (7)对一个覆盖层布置两道防渗墙的典型坝区进行水库蓄水过程中的三维渗流场分析。在蓄水过程中,当副墙位于主防渗墙上游时,副墙上水头降落的比值随着库水位的升高逐渐增大,主墙上水头降落的比值则逐渐减小;当副墙位于主防渗墙下游时,副墙上水头降落的比值随着库水位的升高逐渐减小,主墙上水头降落的比值则逐渐增大。采用非稳定渗流计算方法和稳定渗流计算方法计算的两墙的水头分担比例相差不大。此外,研究还发现两道墙的水头分担比例还对防渗帷幕、坝基防渗墙和坝区表层岩体的渗透系数取值很敏感。