（水利工程专业论文）雷泽湖水库防渗技术研究.pdf

河海大学丁+ 程硕七学位论文 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的 同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：2 0 0 6 年3 月3 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 辜噬 2 0 0 6 年3 月3 日 河海大学工程硕士学位论文 摘要 在水资源日益短缺的今天，黄河水越来越成为山东重要的客水资源，因此沿 黄地区兴建平原水库，调蓄黄河水，己成为当务之急。由于平原水库围坝轴线较 长、地质条件较差、筑坝土料较差等特点，防渗处理是平原水库建设的关键问题。 防渗处理不当，可能造成水库围坝或坝基的渗漏量较大，不能有效地蓄水；可能 造成坝后农田村庄的浸没和土地盐碱化；可能造成渗透出逸坡降大于允许值，形 成渗透破坏致使水库溃坝，因此应采用切实有效的防渗处理方案。 目前平原水库的防渗措施较多，如水平铺设粘土或土工膜防渗、垂直铺塑防 渗、混凝土防渗墙防渗、水泥搅拌桩防渗、高压喷射灌浆防渗等。对于不同的水 库，应针对不同的地质条件、蓄水深度、工程造价等因素，选择不同的防渗措施。 如果选择不当，不但会增加投资，还会破坏土体原有结构，形成渗漏通道或影响 坝体安全。 本文以菏泽市雷泽湖水库防渗设计为依托，探讨目前平原水库防渗处理时可 采用的工程截渗措施，分析其防渗特点、施工工艺、工程造价、防渗参数以及对 地层的适用条件等；通过有限元渗流计算，对天然防渗、水平防渗、垂直防渗及 水平与垂直组合防渗方案在防渗效果方面进行研究，分析不同的水平防渗长度和 垂直防渗深度对渗漏量及出逸坡降等参数的影响程度；综合有限元分析结果和经 济比较分析，选择雷泽湖水库的最优防渗方案。 关键词：平原水库 水平防渗垂直防渗组合防渗 塑查丕堂三堡亟主堂焦鲨塞 a b s t r a c t t o d a y ，w a t e rr e s o u r c e si ns h a n d o n gp r o v i n c ea r ei ns h o r ts u p p l ya n dy e l l o wr i v e r h a sb e c o m et h ei m p o r t a n t f o r e i g nw a t e rr e s o u r c e ，s o i ti s u r g e n ta f f a i r t h a tp l a i n r e s e r v o i r sa r eb u i l tt or e g u l a t ea n dt os t o r ey e l l o wr i v e rw a t e r b e c a u s eo ft h er e s e r v o i r l o n g e ra x i a ll i n eo fb o xd a m ，w o r s eg e o l o g i cc o n d i t i o n sa n ds o i lm a t e r i a l sf o rt h dp l a i n ， t h ea n t i s e e p a g ep r o c e s si st h ek e yp r o b l e mi nt h ep l a i nr e s e r v o i rc o n s t r u c t i o n t h e u n f i t t i n ga n t i s e e p a g ep r o c e s sw i l lb r i n gm a n yp r o b l e m sf o re x a m p l e ，t h ea m o u n to f s e e p a g em a yb el a r g es ot h a tw a t e rc a p n o tb es t o r e de f f e c t i v e l y ；f a r m l a n da n dv i l l a g e b e h i n dd a mm a yb ei m m e r g e da n df a r m l a n dm a yb es a l i n i z e d ；s e e p a g ee x i tg r a d i e n t m a yb eg r e a t e rt h a na l l o w a b l ev a l u et om a k es e e p a g ef a i l u r ea n dr e s e r v o i rd a mf a i l u r e c o n s i d e r i n ga l lf o r e n a m e dp r o b l e m s ，e f f e c t i v ea n t i s e e p a g ep r o c e s s i n gs c h e m em u s tb e a d o p t e d a tp r e s e n t ，t h e r ea r em a n ya n t i s e e p a g em e a s u r e sf o rp l a i nr e s e r v o i r ，s u c ha s a n t i s e e p a g e m e a s u r eb y l a y i n go u tc l a y o rg e o m e m b r a n e ，v e r t i c a lt r e a t m e n to f a n t i s e e p a g eb yl a y i n go u tm o l d ，c o n c r e t ei m p e r m e a b l ew a l la n t i s e e p a g e ，c e m e n t m i x e dp i l e a n t i - s e e p a g e ，h i g hp r e s s u r ej e tg r o u t i n ga n t i s e e p a g e t h eo p t i m i z e d a n t i - s e e p a g em e a s u r ei sc h o s e db yc o n s i d e r i n gt h ed i f f e r e n tg e o l o g i cc o n d i t i o n ，w a t e r s t o r a g ed e p t ha n de n g i n e e r i n gc o s tf o rt h ed i f f e r e n tr e s e r v o i r s i ft h ea n t i s e e p a g e m e a s u r ei sn o ta p p r o p r i a t e ，t h ei n v e s t m e n tw o u l db ei n c r e a s e da n dt h eo r i g i n a ls t r u c t u r e o fs o i lm a s sw o u l db ef a i l e dt of o r mt h el e a k a g ep a t ho ri n f l u e n c et h es a f e t yo fd a r n i nt h i st h e s i s ，a c c o r d i n gt ot h ea n t i - s e e p a g ed e s i g no fl e i z el a k er e s e r v i o ri nh e z e c i t yi ss t u d i e d t h ee n g i n e e r i n gt e c h n o l o g i e so fs e e p a g ec u t o f fi nt h ef o u n d a t i o n t h e o n er e v i e w e dt h ea n t i - s e e p a g ef e a t u r e s ，c o n s t r u c t i o nt e e h n o l o g y ，c o n s t r u c t i o nc o s t ， a n t i s e e p a g ep a r a m e t e r sa n dt h ea p p l i c a b l es t r a t u mo fv a r i o u sa n t i - - s e e p a g em e a s u r e sa r e a n a l y s e da n dc o m p a r e d ；a c c o r d i n gt ot h ef i n i t ee l e m e n ts e e p a g ec a l c u l a t i o n ，t h e a n t i s e e p a g ee f f e c t so fd i f f e r e n ta n t i - s e e p a g es c h e m e si n c l u d e dt h es c h e m e so fn a t u r a l 4 河海大学工程硕士学位论文 a n t i s e e p a g e ，h o r i z o n t a la n t i s e e p a g e ，v e r t i c a la n t i s e e p a g e ，h o r i z o n t a l a n dv e r t i c a l a n t i - s e e p a g ea r es t u d i e d t h es e n s i t i v i t i e ss u c ha sa m o u n to fs e e p a g ea n de x i tg r a d i e n t t ot h ec o m b i n a t i o n so fd i f f e r e n tv e r t i c a la n t i s e e p a g el e n g t h sa n dv e r t i c a la n t i - - s e e p a g e d e p t h sa r es t u d i e d f i n a l l y , t h eo p t i m u ma n t i s e e p a g es c h e m eo fl e i z el a k er e s e r v o i ri s c h o s e na c c o r d i n gt ot h er e s u l t so f f e ma n dt h ee c o n o m i cc o s t s k e y w o r d ：p l a i nr e s e r v o i qh o r i z o n t a la n t i s e e p a g e ，v e r t i c a la n t i s e e p a g ，c o m b i n e d a n t i s e e p a g e 5 河海大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 近年来，由于持续干旱，山东省各地区水资源紧缺，黄河水越来越成为山东省重要的 客水资源，在我省国民经济和社会发展中发挥着巨大的作用。但黄河入境水量逐年下降， 可利用量呈减少趋势，因此，沿黄地区兴建平原水库，调蓄黄河水，己成为当务之急。到 目前为止，经过近二十多年的发展、研究、应用和建设，山东省境内共建设平原水库近百 座，设计总库容十多亿m 3 ，这些平原水库的功能多样，分布范围广，时间跨度大，防渗技 术更新快，并随着科学技术的发展，陆续采用新技术、新工艺、新材料和新方法，可以说， 每一座平原水库的防渗技术都代表了当时的先进水平，为山东省平原水库的建设做出了突 出贡献。 1 1 1 平原水库特点 1 、围坝轴线较长：平原水库围坝多为封闭多边形，与山区水库相比较，其围坝轴线 要长得多。 2 、地质条件较差：平原地区一般为冲积或洪积地层，对平原水库的建设而言，所处 地理位置基本无选择性。黄淮海下游的平原水库地基大多是软弱地层，西北内陆河地区的 平原水库地基大多是透水地基，对坝基防渗要求较高。 3 、蓄水水头较低：考虑水库渗透稳定、围坝坝坡稳定、抗震设防、坝后浸没及库内 蒸发等多方面因素，目前所建的平原水库蓄水深度一般在5 1 5 m 。随着设计手段、施工技 术等的发展与提高，平原水库的蓄水深度也逐渐加深。 4 、筑坝土料较差：为尽量减少耕地占用，保护国土资源，平原水库多建在荒坡、废 河道、盐碱地等处，且筑坝土料多取自库内，因此筑坝土料条件较差，多为粉土、砂土、 粉细砂、砂壤土或裂隙粘土等。 5 、蒸发量较大：平原水库蓄水深度较浅、水面面积大，蒸发量较大。 1 1 2 平原水库的防渗处理 由于平原水库坝体属于散粒体结构，在坝身土料颗粒之问，仍然存在着较大的孔隙， 再加之坝体对坝基地质条件的要求相对较低，在软基上或较差的土基上均可筑坝，这样可 能造成水库围坝或坝基的渗漏量较大，不能有效地蓄水；造成坝后农田村庄的浸没和土地 盐碱化：降低坝体的抗剪强度和粘聚力及渗透出逸坡降大于允许值，形成渗透破坏致使水 库溃坝。根据土石坝破坏失事的调查，毁于渗流破坏的占很大比例，甚至可达4 5 i “。因 1 河海大学工程硕士学位论文 此对于平原水库的设计，防渗处理是其关键问题之一。 目前平原水库的防渗技术较多，如水平铺设粘土或土工膜防渗技术、垂直铺塑防渗技 术、混凝土防渗墙防渗技术、水泥搅拌桩防渗技术及高压喷射灌浆防渗技术等，对于不同 的水库，应针对不同的地质条件、蓄水深度、工程造价等因素，选择不同的防渗措施。如 选择不当，不但会增加投资，还会破坏土体原有结构，形成渗漏通道及影响坝体安全。 本文针对雷泽湖水库的特点及地质条件，对坝体和坝基的防渗材料、防渗方案的选择 进行研究，提出合理有效的防渗设计方案以及平原水库防渗的一些共性结论。 1 2 目前国内外平原水库防渗研究动态 1 2 1 渗流计算方法 渗流分析方法主要有解析法、数值3 法和电拟法。解析法是利用有关数学手段直接定 解基本微分方程，该方法精度较高，但实用性较差：数值法目前主要有有限差分法、有限 单元法和边界元法：电拟法是基于电场和渗流场符合同一形式的控制方程而进行求解的。 有限元法是对古典近似计算的归纳和总结，它既吸收了有限差分法中离散处理的内核，又 继承了变分计算中选择试探函数，并对区域进行积分的合理作法，充分考虑了单元对节点 参数的贡献，对处理曲线边界和各向异性渗透介质方面有较大的灵活性。本文对渗流计 算采用有限元计算方法。 1 2 2 防渗结构体 目前，对于平原水库的坝基防渗体主要有： l 、水平铺设土工膜防渗及垂直铺塑防渗技术：该技术是近年来国内外发展起来的一 种将新材料、新工艺用于水工建筑物的防渗新技术，截渗性能高； 2 、混凝土防渗墙防渗技术：该技术国内外发展较早，技术比较成熟，近年来在造槽 设备和工艺上有新的发展： 3 、水泥搅拌桩防渗技术：1 9 9 6 年在山东省临沭县分沂入沐调尾坝基用普通深层搅拌 桩做截渗墙试验施工应用成功。1 9 9 8 年6 月多钻头小直径深层搅拌桩机问世，使防渗墙的 施工厚度变为8 c m 4 5 c m ，在我国多省广泛应用并已取得很好的社会效益； 4 、高压喷射灌浆防渗技术：该技术2 0 世纪7 0 年代从日本引进，主要用于地基加固， 坝下地基覆盖层、接触带的防渗等，在大块径、堆石体等地层中也可建造防渗墙： 5 、振动沉模防渗墙防渗技术：该技术被列为国家“九五”期间科技成果重点推广项 目，已获五项国家专利，适用于堤防、低坝的防渗加固，能形成超薄混凝土连续墙卜1 。 河海大学工程硕士学位论文 1 3 本文的主要工作内容 1 、探讨目前平原水库防渗处理时可采用的工程截渗措施，分析其防渗特点、施工工 艺、工程造价、防渗参数及对地层的适用条件等； 2 、针对雷泽湖水库的地质条件，通过有限元渗流计算，对天然防渗、水平防渗、垂 直防渗及水平与垂直组合防渗方案在防渗效果方面进行研究，分析不同的水平防渗长度和 垂直防渗深度对渗漏量及出逸坡降等参数的影响程度； 3 、综合有限元分析结果和经济比较分析，选择适用雷泽湖水库地质条件的最优防渗 方案。 河海大学工程硕士学位论文 第二章雷泽湖水库工程概况 2 1 工程建设缘由 菏泽市区作为菏泽市的中心城市，改革开放以来，随着社会经济的快速发展，城市规 模不断扩大，需水量急剧上升，供水能力已严重不足。作为目前城市唯一供水水源的地下 水超采严重，水源条件日益恶化，地下水资源已无法满足城市发展的需要，并造成大范围 的水位降落漏斗，城区已出现地面沉降现象。供水不足不仅严重影响了城区居民的正常生 活，而且制约了社会经济的快速发展，因此开发新的供水水源已刻不容缓。 菏泽市区地下水可开采量为1 1 5 万m 3 d ，除第三厂可进一步挖潜改造外，其余两个水 厂，已无开采前途。由于需水量急剧上升，许多企事业单位采用自备水井取水，造成地下 水过量开采。水位以每年2 2 m 的速度下降，水源条件日益恶化，地下水源已无法满足城 市发展的需要。随着社会经济的发展，到2 0 1 0 年日缺水1 4 6 l 万m 。因而仅靠当地地下水 是远远满足不了城市用水的要求，必须开辟新的水源。 黄河是我国第二大河，位于菏泽市区西北，市区距黄河晟近点2 5 k m 。由黄河高村水文 站1 9 5 1 2 0 0 1 年实测资料分析，多年平均径流量为3 7 4 亿m 3 ，水量较丰沛。小浪底水库 建成后，下游汛期来水含沙量降低，有利于汛期引水，且在3 6 月份来水量增加，有利 于中下游的用水。另外，黄河水经沉沙、净化处理后，能够达到饮用水标准。 该区地势平坦，降雨形成的地表径流无法拦蓄，区内除黄河外全部为季节性河流，可 作为城市供水水源的地表水源只有黄河。因此，建设城市引黄供水工程解决城区供水的矛 盾，是立足长远发展菏泽政治、经济、文化的一项有力举措，是十分必要的。所以建设城 市引黄水库供水工程己迫在眉睫。 2 2 工程位置 雷泽湖水库工程位于菏泽市西部，属于中型城市供水工程，包括沉沙工程、输水工程 及调蓄工程。自黄河右岸的刘庄引黄闸引黄河水，自流至沉沙池，沉沙后由入库泵站提水 经输水管道送至雷泽湖水库调蓄，然后由出库泵站加压经输水管道至净水厂。 沉沙池位于菏刘公路以北、屈庄以南、石人刘村以东、抗旱沟以西的区域内距离水 库约1 5 k m ： 输水管道北起沉沙池出口闸，沿高庄集、南赵庄、史庄、田寺、周庄、潘刘庄、张堂、 张李庄、胡庄，与水库入库涵洞相接： 调蓄水库位于菏泽市区西4 5 k m 处，菏东公路以南，兖新铁路以北，东西以七里河两 4 河海大学工程硕士学位论文 侧的村庄为界，水库基本以废弃的七里河南支故道为中心，利用原有老河道，结合现有地 形布置。 菏泽市雷泽湖水库工程布置图见图2 1 。 2 3 工程规模 雷泽湖水库工程的主要任务是向菏泽市供水，解决城区供水的矛盾，确保菏泽市政治、 经济、文化的持续发展。该水库规模能够满足向净水厂日供水1 5 万一的要求。全年充库 天数为1 3 3 d ，充库流量为5 o m 3 s ，水库总库容12 9 0 万m 3 ，其中调节库容11 6 5 万m ， 相应水位5 7 6 0 m ，死库容1 2 5 万m 3 ，相应死水位4 8 8 1 m 。水库年供水量54 7 5 万m 3 ，水 库围坝轴线长63 1 6 m ，工程永久占地43 2 2 6 亩，临时占地共计6 9 7 6 7 亩。 2 4 主要工程内容 2 4 1 沉沙池工程 沉沙工程包括沉沙池、入库泵站、沉沙池进水闸、抗旱沟节制闸。 沉沙池位于高庄镇菏刘公路以北、屈庄以南、石人刘村以东、抗旱沟以西的沉沙池区 域内，均为稻区，地势地洼，紧邻菏刘公路，交通便利，该沉沙池为城市水库专用永久性 沉沙池。沉沙池总占地9 4 8 亩，其中沉沙区8 4 8 亩，临时弃土区i 0 0 亩，沉沙池围( 隔) 堤全长37 4 1 m ，其中围堤全长25 6 1 m ，隔堤全长11 8 0 m 。在沉沙区西边设置底宽1 o m 的截渗沟。为了便于管理和保护水源地，在沉沙池周边设置防护栏。 入库泵站位于沉沙池围坝东南角，沿水流方向依次包括沉沙池出水闸、前池、主副厂 房等建筑物，后接输水管道，泵站主轴线与沉沙池围坝正交。入库设计流量5 o m 3 s 。选 用3 台1 2 0 0 s 2 2 a 型离心泵，配电动机型号t 7 1 0 一1 0 ，功率7 1 0 k w ，泵站总装机容量21 3 0 k w 。 在沉沙池入口抗旱沟上的节制闸3 孔，单孔净宽3 5 l ，设计过水流量2 5 m s ；沉沙池 入口的引水闸2 孔，单孔净宽2 0 m ，设计过水流量5 5 m 3 s 。 2 4 2 输水工程布置 根据沉沙池至水库的实际地形，输水管道沿高庄集、南赵庄、史庄、田寺、周庄、潘 刘庄、张堂、张李庄及胡庄到达水库，总长1 5 0 1 5 k m ，管径20 0 0 m m ，为预应力钢套筒混 凝土管道( p c c p 管) 。 2 4 3 调蓄水库 水库围坝工程包括围坝、截渗沟、入库涵洞、出库涵洞、出库泵站、水库周边控制性 建筑物等工程。坝型采用非土质材料防渗体的复合土工膜防渗体坝。将壤土、砂壤土及粉 砂混合后作为筑坝土料。围坝顶高程5 9 4 0 m ，防浪墙顶高程6 0 2 0 6 0 5 5 m ，坝顶宽度8 o m 。 河海大学工程硕士学位论文 匝哪g裂h毒f长霹壶5她怛她浆【匦 河海大学工程硕士学位论文 上下游边坡采用l ：3 o 坝轴线长63 1 6 m 。在围坝堤外脚设置截渗沟，截渗沟底宽2 0 m ， 边坡1 ：2 5 ，底高程为4 7 6 4 8 o m ，采用c 2 0 混凝土现浇板护坡及护底。在截渗沟外设 置防护栏。 入库涵洞位置位于焦庄附近，围坝设计桩号6 + 2 7 6 处，入库涵洞包括穿坝洞身、闸室、 出水消力池、下游连接段等建筑物。洞身为单孔3 o 3 o m 钢筋混凝土箱涵，洞身及闸室 采用混凝土灌注桩基础。 出库涵洞位置位于围坝设计桩号2 + 8 8 0 处，出库涵洞包括引水渠、进水闸、穿坝洞身 等建筑物，与出库泵站的压力前池部分相接。洞身为单孔2 5 x 2 5 m 钢筋混凝土箱涵，洞 身及闸室采用混凝土灌注桩基础。 出库泵站位于水库的东围坝，围坝设计桩号为2 + 8 8 0 处。出库泵站工程由进水池、出 水管道、主厂房、测流井组成。出库设计流量1 8 2m 3 s 。主厂房内共安装4 台5 0 0 s 1 3 型 双吸离心泵和1 台3 5 0 s 1 6 a 型离心泵，( 小泵用于调节流量) 呈一字形排列，机组间距4 8 0 m ， 主厂房总宽i 0 6 0 m ，总长3 0 o o m 。5 0 0 s 1 3 型双吸离心泵流量为0 6 1r a 3 s ，配电动机型号 y 3 1 5 l 1 6 ，功率ll o k w ，3 台机组运行流量可达1 8 2m 3 s ，3 5 0 s 1 6 a 型离心泵流量为0 ，2 9 m 1 s ， 配电动机型号y 2 5 0 m 一4 ，功率5 5 k w 。泵站总装机容量4 9 5 k w 。 由于水库的建设改变了原有的排涝体系，在截渗沟与各主要河沟的交汇处建控制性水 闸，共计7 座。分别为七里河节制闸、吴楼涵闸、王堂涵闸、黄张涵闸、杨庄涵闸、何林 沟涵闸、七里河涵闸。 2 5 水文气象 本区地处暖温带，季风型半湿润气候，春暖干旱，夏季多雨，秋季凉爽，冬季干冷多 风，四季分明，光照充足，雨热同季，湿度适宜，是发展农业生产的良好地区。 根据菏泽气象站1 9 5 6 1 9 9 5 年的降雨资料，本区多年平均降雨量6 5 1 m m ，最大年降雨 量9 8 7 1 m m ，最小年降雨量3 5 3 2 m m ( 1 9 8 6 年) 。最大年是最小年的极差6 3 4 6 m m 。9 6 月 多年平均降雨量4 6 5 5 m m 。 本区多年平均气温1 3 6 。c ，月平均气温1 月最低为一1 7 。c ，极值一2 0 4 。c ( 1 9 5 5 年 1 月9 同) ；7 月最高为2 7 0 。c ，极值4 2 o 。c ( 1 9 6 7 年6 月6 日) 。出霜日平均出现在 1 0 月2 9 日，最早在1 0 月1 4 日( 1 9 6 2 年) ，最晚在1 1 月2 2 日( 1 9 6 1 年) ，终霜日平均结 束在3 月2 9 日，最早在2 月1 8 日，最晚在4 月2 2 曰。无霜期平均为2 1 2 d ，最多2 6 5 d ( 1 9 7 7 年) ，最少1 9 2 d ( 1 9 5 4 年) 。多年平均蒸发量l1 6 0 o m m ，多年平均径流深8 8 m m ，年同照 2 5 7 9 5 ，年太阳辐射总量为1 1 9 4 万j c m 2 。 河海大学工程硕士学位论文 受太行山脉和泰沂山脉的影响，大风日较多，七级以上的大风日平均每年为2 1 2 d ， 最多为5 0 d ( 1 9 5 7 年) ，最少为6 d ( 1 9 5 4 年) 。极大风速2 8 8 m s ( 1 9 7 8 年) ，风力达十 十一级。风向主要为南、西，冬季则以北风为主。大风的时间分布主要为春季，平均9 6 d 。 其次为冬季，平均4 4 d ，夏秋则比较少。另外在每年的5 、6 月间，灌区常出现干热风， 风向以南、西风为主，风速一般3 m s 左右。出现干热风的天数平均每年4 d ，最多年份为 1 2 d 。 2 6 工程地质及水文地质 2 6 1 地形、地貌 库区为黄河冲积平原洼地，地势低洼平坦，地面高程一般在4 8 1 0 5 l ，3 0 m ( 黄海高 程，下同) ：水库基本以废弃的七里河支故道为中心，两侧地势平坦，库区西南部坑塘、 洼地较多，坑深1 o 2 5 m 。 2 6 2 地层岩性 勘察深度内，工作区地层由黄泛平原的全新统冲积层、湖沼积层、冲洪积层和上更新 统冲洪积层组成。自上而下按沉积成因规律，分为4 部分。 1 、第四系全新统黄泛冲积堆积层，岩性主要为褐黄色壤土、砂壤土、浅灰色粘土， 总厚度9 0 1 2 7 m ； 2 、第四系全新统湖沼积堆积层，岩性为灰黑色粘土、浅灰色黄褐色砂壤土及浅灰 棕色粘土层，总厚度0 2 3 7 m ； 3 、第四系全新统冲洪积堆积层，上部岩性以兰灰色、灰褐色夹褐黄色壤土为主，总 厚度1 8 6 4 m ：下部岩性以黄褐色、浅灰绿色中细砂、中粗砂为主，总厚度5 7 1 6 0 m ； 4 、第四系上更新统冲洪积堆积的浅黄色壤土、棕黄色砂壤土为主，该层未揭穿，最 大揭露厚度1 4 2 m 。 总体上说，库区地层交互沉积频繁，岩性在空间分布上相变较大。 2 , 6 3 地质构造 l 、菏泽市引黄供水中心雷泽湖水库工程场地位于菏泽市西郊杜庄乡，菏东公路南， 兖新铁路北。在大地构造分区上处于华北断块区中的鲁西断块的西部，紧临冀渤、豫皖两 个断块区。在区域范围内主要发育太行山山前断裂带、聊考断裂带以及沧东断裂、磁县 大名断裂、新乡商丘断裂等，这些断裂带及断裂是本区有代表性的主干断裂构造，与之 平行的断裂尚有多条，这些断裂相互限制、切错、包容、组合，构成本区的复杂构造格局。 2 、根据地震区带划分的结果，区域范围主要划分为郯庐地震带和华北平原地震带， 河海大学工程硕士学位论文 工程场地位于华北平原地震带聊考地震亚带之中。区域范围内( 工程场地周围2 0 0 k m ) 历 史上共发生 k 4 i 3 级地震6 0 次，其中最大的地震是1 8 3 0 年6 月1 2 日河北磁县7 级地震， 对工程场地影响最大的是1 9 3 7 年8 月1 日菏泽7 0 级地震，该地震对工程场地产生了地 震烈度为i x 度的影响。 3 、近场区( 工程场地周围3 0 k m ) 范围内主要发育有由聊考断裂、黄河断裂、长垣断 裂三条主干断裂组成的北北东向聊考断裂带，近东西向郓城断裂、菏泽断裂和凫山断裂， 近南北向的曹县断裂，北西向的成武东明断裂以及北东向的小宋解元集断裂等，这些 断裂的存在及其活动性对工程场地的地震危险性分析至关重要。 4 、近场区范围内的地震活动主要集中在工程场地西侧和北侧，地震的分布主要受聊 考断裂、菏泽断裂、小宋解元集断裂、成武东明断裂的控制，主要沿小宋解元集断 裂呈北东向分布，即著名的“菏泽地震巢”，工程场地位于“菏泽地震巢”之内。 5 、近场区具有发生7 级地震的构造背景，曾发生1 9 3 7 年7 级、6 寻级地震，此后又发 生5 级以上地震2 次，根据大震减震效应及地震复发周期等预测未来5 0 年内近场区发生7 级地震的可能性不大，但存在发生5 6 级地震的可能。 6 、通过对水库库区及附近的跨越小宋解元集断裂和菏泽断裂的七组共1 4 条地球化 学探测剖面( 断层氡气及断层汞气) 的探测，提供了两条断裂在库区的参考位置，为进行 地球物理勘探确定断裂活动的时代提供了勘探测线的布设方案。跨越小宋解元集断裂和 菏泽断裂的四条浅层人工地震勘探剖面确定了这两条断裂的顶破裂点的位置，小宋解元 集断裂已错断中更新世地层，菏泽断裂已错断早更新世地层，两条断裂均属第四纪早期活 动断裂，没有发生近地表的破裂，可以进行水库建设。 7 、场址松散盖层较厚，围绕水库坝址进行了四个钻孔的勘探和剪切波速测试，测试的 结果表明，1 5 m 以上的土层剪切波速平均值均大于1 4 0 m s 而小于2 5 0 m s ，根据水工建 筑抗震设计规范( 8 l 2 0 3 9 7 ) 中的判断依据，工程场地属于中软场地土，i i i 类场地。 8 、沿库区坝址布设了五个点位的场地地面脉动卓越周期测试，坝址的卓越周期值在 0 2 4 o 4 7 s 之间，反映了由于场地处于黄河下游冲积平原，场地土较为松散，地面脉动 卓越周期值相对较大的特点。 9 、工程场地历史上曾在1 9 3 7 年菏泽地震时出现过喷砂冒水和地震裂缝震害。砂土液 化判定结果表明，工程场地在度度的地震烈度影响下可能发生轻微中等的砂土液 化。因此本项工程应就工程场地可能由地震引起的砂土液化和构造变形震害对工程的影响 进行专门研究，以采取相应的工程基础处理措施。 河海大学工程硕士学位论文 l o 、地震危险性分析计算结果表明，未来5 0 年超越概率为1 0 、5 和1 0 0 年超越概率 2 的基岩地震加速度峰值分别为11 7 5 c m s 2 、1 6 7 1c m s 2 ，3 1 0 o c m s 2 ，相应的超越概率 平均土条件下的地震烈度值分别为7 1 、7 5 、8 2 ，该场地的地震基本烈度为度。 l l 、拟合土层地震反应分析得到的反应谱结果，给出该水库坝址未来5 0 年超越概率为 1 0 9 6 、5 和1 0 0 年超越概率2 的三种不同超越概率水平的设计地震动反应谱参数，见表2 1 。 表2 1设计地震动加速度反应谱参数 超越概率水平 5 0 年1 0 5 0 年5 1 0 0 年2 a m a x ( 厘米秒2 )1 5 9 6 1 9 1 2 3 5 5 3 p m 2 5 25 2 3 t o ( 秒) o 1 50 1 5o ，2 0 t g ( 秒) o 6 0 0 7 0 0 8 0 c10 01 0 01 o o 2 6 4 土层分布规律及特征 雷泽湖水库围坝在勘探深度内坝基及库内地层除表层耕植土外主要为第四系松散堆 积层，岩性有：壤土、砂壤土、粘土、软粘土、粉砂、中砂等，可分为7 大层，现自上而 下分述如下： j 襄t ( q 4 “) ：褐黄色，软塑软可塑，土中见有粗大的虫孔或腐殖根孔，孔径o 2 5 m m ，垂向发育。该层分布较连续，围坝测量桩号( 下同) 0 + 7 5 0 1 + 5 4 0 、3 + 9 5 0 4 + 3 5 0 处缺失，土层中部或下部夹一1 层裂隙粘土。厚0 4 3 0m ，底板高程4 7 8 9 - - 5 0 5 6 m 。 该层顶部有厚度o3 0 0 5 0 m 的耕植土。1 层裂隙$ 1 z 1 2 ( q 4 a 1 ) ：浅棕红色棕褐色。软塑 软可塑状，裂隙发育，裂隙张开宽度一般1 o 3 o m m 。该层仅分布于，桩号1 + 5 4 0 1 + 7 5 0 、 1 + 8 5 0 2 + 0 6 0 、5 + 0 5 0 5 + 3 5 0 、5 + 4 5 0 5 + 8 5 0 及桩号0 + 2 0 0 、0 + 6 0 0 、3 + 2 1 5 、3 + 4 0 0 处， 呈透镜体。层厚0 2 0 0 9 m ，底板高程4 9 2 5 5 0 2 3 m 。 层砂壤土( q 。“) ：褐黄色灰褐色，稍湿饱和，松散。局部出露地表，分布较连续。 层厚6 5 0 1 2 7 0 m ，底板高程3 8 1 3 4 1 8 3 m 。 1 层粉砂( q 4 “) ：灰绿色浅灰色，饱和，松散，粉粒含量高。该层多分布于层砂 壤土中上部，不连续，桩号0 + 9 5 0 1 + 3 5 0 、1 + 6 5 0 2 + 0 6 0 、4 + 2 5 0 5 + 3 5 0 及桩号2 + 4 0 0 、 2 + 6 0 0 、3 + 9 0 0 处揭露该层，呈透镜体。该层厚o 5 0 4 2 0 m ，底板高程4 4 1 6 4 8 0 3 m 。 2 层壤土( q 。“) ：浅黄褐色，软塑可塑。裂隙发育，裂隙面有粉土附着。该层零星 分布于层砂壤土中上部，呈透镜体，桩号3 + 5 5 0 3 + 9 5 0 、1 + 7 5 0 2 + 2 5 0 及桩号0 + 6 0 0 、 1 + 4 7 0 、4 + 0 0 0 、4 + 6 0 0 处揭露该层。该层厚0 2 0 3 1 0 m ，底板高程4 3 5 6 4 5 9 6 m 。 河海大学工程硕士学位论文 3 层软粘土( q 4 a 1 ) ：浅灰棕色，流塑软塑状态，局部可塑。手感光滑细腻，粘性强， 常夹有砂壤土微薄层。裂隙发育，裂隙面有灰色粉土附着。桩号5 + 4 0 0 处夹约2 0 厘米厚 的淤泥质粘土，桩号3 + 6 0 0 处夹厚约2 5 厘米的薄层淤泥。该层较为稳定，断续分布于 层砂壤土中部，局部为上下两个薄层。桩号0 + 4 1 0 、2 + 7 0 0 、4 + 0 0 0 、4 + 9 0 1 缺失。该层厚 o 2 0 2 4 0 m ，底板高程3 9 9 5 4 5 1 3 m 。 4 层粉砂( q 4 a 1 ) ：黄褐色，饱和，松散中密。该层零星分布于层砂壤土中下部， 呈透镜体，桩号5 + 4 5 0 5 + 7 5 0 及桩号0 + 9 8 8 、3 + 0 0 0 、3 + 9 0 0 处揭露该层。该层厚o 7 0 3 1 0 m ，底板高程4 0 0 3 4 1 7 6 m 。 一5 层壤土( q 4 “) ：褐黄色，软可塑，裂隙发育，裂隙面灰色粉土附着，局部见铁锰 质斑点。土质不均，夹粘土或砂壤土薄层。该层零星分布于层砂壤土下部，呈透镜体， 桩号l + 2 3 0 1 + 6 5 0 处厚度大而稳定，2 + 2 5 0 2 + 7 8 0 处较连续，其他则零星分布于桩号 0 + 6 0 0 、0 + 9 0 0 、3 + 8 0 0 、4 + 6 5 0 4 + 9 0 1 处。该层厚o 4 0 3 2 0 m ，底板高程3 93 3 3 9 7 0 m 。 层粘土( q 一刊) ：深灰色灰黑色，可塑硬塑，多呈团粒状，局部粉粒含量较高， 相变为壤土。土中夹较多腐植质，有臭味，螺壳富集，见管状孔隙，多为腐植根孔管状 孔隙具有数量少、管径大、连通性好的特点。该层在坝基下分布较连续，但厚度变化大； 其上部( 桩号5 + 8 5 0 0 + 5 5 0 ) 断续分布有1 层壤土，局部夹薄层砂壤土。该层厚o3 0 3 7 0 m ，底板高程3 6 7 4 3 9 9 6 m 。 一1 层壤土( q t “) ：浅灰色灰褐色夹黄褐色，可塑状态，局部含姜石，中1 5 m m ， 含量5 1 0 。该层断续分布于桩号5 + 8 5 0 0 + 5 5 0 附近。该层厚o 4 0 3o o m ，底板高程 3 8 3 9 3 9 9 6 m 。 层壤土( q 4 a l + p , ) ：黄褐色夹兰灰色，颜色杂乱，可塑硬塑状态，见贝壳残片。局部 土中含姜石，呈颗粒状，直径3 2 0 m m 不等，含量不均匀，一般为5 1 0 ，局部富集。 土中管状孔隙垂向发育，横向连通性好，管壁有灰色粉土附着，孔径l 6 m m ，在1 0 8 m m 岩芯断面上分布有3 9 个。该层分布较连续、稳定，局部( 桩号0 + 6 0 0 、5 + 0 0 0 附近) 缺失， 在桩号1 “5 0 1 + 3 9 0 处夹有厚1 7 0 2 1 0 m 的粘土透镜体，桩号1 + 4 7 0 、3 + 8 0 0 、5 + 2 5 0 5 + 6 4 0 附近分别见有厚2 6 0 m 、1 5 0 m 、o 8 0 2 o o m 的细砂透镜体：土层底部断续分布有 一1 层砂壤土。该层厚o 3 0 7 3 0 m ，底板高程3 1 3 6 3 7 8 2 m 。 1 层砂j 嚷i ( q 4 a l + - ) ：黄褐色棕黄色，饱和，松散稍密。局部砂质含量高，表现 为粉土质细砂。桩号2 + 0 5 0 2 + 5 5 0 、5 + 0 5 0 5 + 2 5 0 及桩号1 + 8 0 0 附近见有该层，层厚o ，5 2 3 m ，底板高程3 3 8 7 3 7 5 5 m 。 河海大学工程硕士学位论文 层中细砂( q 4 a f + p f ) ：黄褐色棕黄色、浅灰绿色，稍密密实，质纯，局部表现为粉 细砂或中粗砂，见田螺及贝壳碎片。该层分布较连续，稳定，顶板埋深变化大埋深1 3 2 0 1 96 0m 。孔深为2 0 米的一般性孔均揭露并终孔于该层，孔深为3 0 m 、4 0 m 的控制性孔均 穿过该层。层厚5 7 0 1 6 o o m ，底板高程2 2 5 3 2 7 2 2 m 。 层壤土( q 3 a l + p 1 ) ：黄褐色棕黄色，硬塑，土质钙化，多含粉砂，含量5 1 5 不等。 由于颗粒成分的不同，局部夹粘土或砂壤土、粉细砂透镜体。土中见有零星姜石，直径l o 2 5 c m 不等。该层细小管状孔隙发育，孔径o 5 3 m m 不等，1 0 8 m m 岩芯断面上发育有7 1 5 孔。该层分布连续，孔深为3 0 m 、4 0 m 的控制性孔均有揭露，且大部分控制性钻孔终孔 于其中。最大揭露厚度为1 4 2 m 。 层砂壤土( q 3 b i ) ：棕黄色、褐黄色夹锈黄色，饱和，密实。含少量姜石，但姜石直 径较大，一般为3 0 - - 5 0m _ l l 。桩号o + 3 5 5 1 + 0 8 0 、5 + 1 5 0 5 + 4 5 0 处及桩号2 + 0 1 5 、2 + 8 6 5 附近钻遇该层，最大揭露厚度为7 8 m 。 库区土的物理力学性指标详见表2 2 。 2 6 5 库区地质条件 雷泽湖水库库区( 包括坝址区) 地貌属于属黄河冲积平原。勘探控制深度内，地层主 要为第四系全新统冲积堆积的壤土、砂壤土，湖沼积堆积的粘土，冲洪积堆积的壤土、中 细砂，以及第四系上更新统冲积堆积的壤土、砂壤土层。地下水为第四系孔隙潜水微承 压水。 层壤土：为黄河新近沉积物，结构松散，局部管状孔隙发育，渗透系数范围值0 0 4 3 2 3 m d ，具弱中等透水性。 层砂壤土：为黄河新近沉积物，结构松散。孔隙率( 或土粒级配) 直接影响了其渗 透性大小。由于不同地段土体颗粒级配的差异，其渗透系数数值一般在1 8 8 4 0 6 m d ，属 中等透水层。 层粘土：为湖积沼泽堆积物，局部发育有裂隙，影响其渗透系数大小的因素主要 是其中的管状孔隙，由于管状孔隙发育不均一，其渗透系数一般在0 0 4 5 5 6 9 m d ，属中 等透水层。，常见有管状孔隙。该层在坝基下分布较连续。 层壤土：管状孔隙及裂隙发育是本层的特征，也是决定该层渗透性大小的主要因素； 管状孔隙中水流痕迹明显，局部含有5 l o 的姜石。该层分布不连续，局部缺失。渗透系 数范围值0 8 1 3 8 2 m d ，大值平均值2 7 5 m d ，具中等透水性。 层中细砂：分布较连续，稳定，厚度较大，局部表现为粉细砂或中粗砂。渗透系数 雌掣瓤 仨辐 ! 三 援 蟾 划 世 划 隧翟 轻 嚣 娘s * 鹾 辐j 嚣 阵2 一 蜂蠊 蜒 杷 割 回 蜷 越 檀 型 避 掣 辞 嘎 蛊 蚺 1 躅 _ r