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双王城水库坝基稳定与渗流研究 摘要 本文根据已有的地质资料，对确定的水库规模条件下选定的坝体断面型式进行了 坝体与坝基有限元静应力分析、渗流分析和滑坡稳定分析。通过有限元静力分析，得 到了水库围坝在施工完建期、正常蓄水期和压重蓄水期的应力水平值，各种状况下的 应力水平值均小于0 9 5 ，单元体不会发生剪切破坏，说明选定的坝体断面型式以及坝 体坝基防渗措施是满足工程要求的。应力水平高的区域位于坝顶部位对应的竖直下方 的坝体底部和坝基表层单元。施工完建期各个单元的应力水平值基本上是以坝顶所对 应的竖直线为对称的平面，正常蓄水期和压重蓄水期，其对称轴向下游偏移。坝体两 侧设置压重平台以后，坝基应力发生了扩教，压重平台对坝体稳定起到了加固作用， 解决了坝基砂壤土液化问题。分析结果还显示，在坝基土体相对硬层和相对软层之间 出现了应力扩散和应力集中现象。防渗墙本身的应力水平在三种状况下变化不大。渗 流分析结果表明，在天然状态下坝基渗漏严重，采取防渗措施后，渗漏量明显减小， 截渗效果理想。在选定断面条件下，坝坡稳定计算均满足规范要求，且比较接近允许 值，说明围坝断面设计是经济合理的，同时，对于砂壤土的认识和采取的措施是正确 的。研究得到了比较满意的理论结果，对于今后在平原地区软基上建设土坝具有一定 的理论指导意义。 关键词：平原水库；应力水平；静力稳定分析；渗流 s t u d yo rs t a b iii t ya n ds e e p a g ei nd a m f o u n d a tio no fs h u a n g w a n g c h e n gr e s e r v oir a b s t r a c t o n 衄b a s i so f u h ea c q u i r e dg e o l o g i c a ld a t a , f i n i t e - e l e m e n t - m e t h o d 潮疵s u e s s a n a l y s i s , s e e p a g ca n a l y s i sa n ds l o p es t a 蛐哆a n a l y s i sh a v eb e e nc a r r i e do u to l lt h ed a m f o u n d a t i o np r o f i l et y p eu n d e rt h ep r 既m e n n m e ds c a l eo f l t t er e s e r v o i i nf e ms t a t i cs t r e s s 卸a j y s i s ，s t r e s sl e v e l si nt h ed a mb o xa r ec a l c u l a t e da tt h ec o m p l e t i o no f 砖d a m , d u r i n gt h e n o r m a li m p o u n d i n gp a d o da n d 妇倒删必i 印啦咧ma l lt h ev a l u e s 瓣l e s s t h a n0 9 5 w h i c hi n d i c a t e st h a t $ h c a rf a i l u r ew i l ln o to c c u ri nt h es e l e c t e d 瑚i lt l k - t e 矗o r e , t h e s e l e c t e dp r o f i l eo f d a m b o d ya n di i i l 删o o sc o t m t e n n e a s u r e si nt h ed a mf o u n d a l i o nm e e tt h e e n g i n e e r i n g r e q u i r e m e n t s 碰g h 盘i 岱s z o l l e i s l o c 越e d 越出e b o t t o m o f t h e d a m b o d y a n d i n t h e s u p e d i d a ll a y e ro f n l cd a mf o u n d a t i o nr i 出b e n e a t ht h ed a mt o p a tt h ed a f f n sc o m p l e t i o n , s t r e s sb v dv a l u e so fa l lm i l t sf o r ma p l a n es y m m e t r i c ：t ot h ev c 吐i c a ll i n ec 0 鹏s p o 她w i t h t h ed a mt o p , w h i l et h es y m m e t r i ca x i ss h i 凡d o w n m e a md u r i n gt h en o r m a li i n p c h 砌n g p e r i o da n dt i 世c o t m t e t w e i g h t - i m p o u n d i n gp e r i 砒a f t e rt h ec ( m n t e r w e i g h tp l a t f o r mi s c o n s m 1 c c e do nb o t ht i d e so f t h ed a m b o d y , s t r e s si nt h ed a m f o u n d a t i o nd i 伍l s 鼠w h i c hs h o w s t h ec o t m t e r w e i g h t p l a t f o r me n h a n c e st l - , es t a b i l i t yo f t h ed a mb o d y , a r i dh e n c e i ts o l v e st h e l i q u e f a c t i o np r o b l e mo fs a n d ys o i li nt h ed a mf o u n d a t i o n 加1 a l y 蝴r e s u l t sa l s os h o wt h a t s t r e s sd i m 商o na n dc o n c e n t r a t i o no c c u rb c 帆e nt h er e l a t i v e l yh a r dl a y e ra n dt h er e l a t i v e l y s o f tl a y e ro f d a ms o i lb o d y s t r e s sl e v e l so f l ei m p e r v i o u sw a l lv a r yu 础m s p i e u o u s l yu n d e r l l 把t h r e ec o n d i t i o n s 碗m g ea n a l y s i s 化吼旭s h o wt h a tt m d e rn a t u r a lc o n d i t i o n ss e v e r e l e a k a g e o c c l si nt h ed a mf o u n d a t i o nb u tk x 3 k a g ci sr e d u c e da f t e rt h ei m p e r i o u sn m a s u n e s 种 t a k e n , a n ds ot h ei m p e r i o u sr e s u l ti s 鞠瘟疋螂u n d e r1 1 1 ec o n d i t i o n so f g b es e l e c t e dd a m p r o f i l e , r e s u l l so fs t a b i l i t yc a l c u l a f o no fd a ms l o p em e e t 雠r e q u i r e m e n t so fc o d e sa n d s t a n d a r d s , a n d 雠v e r yc l o s et ot 硷a l l o w a b l ev a l u e t h e r e f o r e , t h ed e s i g no f t h ed a mp r o f i l e i s e c o n o m i c a n dr e a s o b l e ， n l c 翘1 w h i l c , 狙谢d s 锄| d i n g o f s a n d y s 0 以a n d c o t m u - m m 绷a m s 黜f 谤也t h es t u d yh a sa n i v e d 越鞠凼自c 1 0 巧t h c o r e i d c a lm s u l t sa n db e a r ss o m et h e o r e t i c a l s i g r l i f i c a n c ei l l 罂i d i 】呜d a m 删o n i ns o f ts o i lf o t m d a t i o ni np l a i na r e a s 蛳r d s ：p l a i nr e s e r v o ir ，s t r e s sl e v e l s t a t i cs t a b iii t ya n a l y s i s 。a n a l y s i s o fs e e p a g e 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，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，也不包含未获得 ( 洼! 垫遗直基丝霞重挂剔直明 的：奎拦卫窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名i 黎稻签字日期劲一呼6 尽日 一一l 学位论文版权使用授权书 矗 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 瘳舅孝 导师签字：刍1 无争 签字日期：如t 勿年1 月2 日 签字日期：。e 彳年钿，日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编 双乇城水库坝摹稳定与渗流研究 0 前言 近四十年来，在我省鲁北和鲁西南地区，由于气候等因素降水量逐年减少， 地下水资源已经不能满足当地的工农业生产需要，为了解决缺水问题，各地纷纷 把目光投向了引用黄河水，修建平原调蓄水库，以解决用水困难叫“”。 目前，平原水库建设基本参照山区、河谷水库，库址多为平原区荒地和洼地， 部分为农田，坝型为均质土坝、混合土料坝、分区土料坝，筑坝材料基本从库内 开采，水库防渗方式不一，设计基本按照碾压式土石坝设计规范进行。据有 关资料，从上世纪七十年代开始，到目前山东省建有平原水库7 7 0 余座，共投资 5 4 1 5 亿元，其中大型2 座，中型4 5 座，小型7 2 3 座，总设计库容1 6 5 4 亿m 3 ， 这些水库在当地发挥了巨大效益。1 9 9 7 年1 月竣工蓄水的河北省最大的人工平原 水库大浪淀水库，库区面积1 6 7 k m 2 ，库容1 0 0 3 亿寸。新近投入使用的辽 宁石佛寺水库大坝坝线长达4 0 余k m ，是兼防洪、灌溉、供水为一体的辽宁省迄 今修建的最大平原水库。为了尽量少的占有有限的土地资源，充分发挥现有土地 的效能，山东省平原水库多选址在低洼地上，地形上一般是洼地，有的是平原河 道的一部分，有的甚至是滞洪区的边角，坝基地层多为第四系冲积洪积层，均为 软土地基，地基土结构松散，强度低，透水性较强，存在较多工程地质问题，主 要问题有：坝基抗滑稳定、坝基渗漏、坝后浸没、饱和砂性土地震液化和筑坝材 料等，水库渗漏造成水资源浪费及库区附近土地浸没等消极影响脚。水库的修建 与运行会引起水文地质条件的改变，对滨库地区土地造成浸没，引起次生盐渍化， 对环境造成一定的影响“1 。解决存在的工程地质问题成为平原水库建设成败的关 键，这也是环境工程地质学范畴嘲。 作者近几年有幸参加了山东省几座平原水库建设的勘察工作，在工作中发现 平原水库存在的工程地质问题主要是由坝基土层的岩性特征、地质结构和土层的 物理理学性质引起的。 平原水库存在的工程地质问题主要有三个方面，即：土基的力学性质坝 基稳定问题，土基的渗流性能渗流与渗流稳定问题，筑坝土料的物理力学性 质坝体的稳定和防渗能力。拟建双王城水库位于我省寿光市北部，为南水北 双王城水库坝基稳定与渗流研究 调东线重要的调蓄水库，该水库也存在上述工程地质问题，本课题拟研究前两个 问题。本人负责和参与了我省鲁北几座平原水库的地质工作，对于研究本课题有 一定的基础条件。 从2 0 世纪初开始，渗流对工程的影响以及工程对环境的影响已经为工程界 广泛重视1 。开展平原水库的坝基稳定与渗流问题研究，对于土体的土力学性质 以及渗透性能有进一步的认识。对于工程设计和施工具有指导意义。本文通过分 析水库的坝基稳定和渗流稳定问题，得出了平原水库建坝的一些结论，并且对此 进行了一定范围内的讨论。 1 概述 1 1 研究目的 我省早在1 9 5 8 年就修建了2 7 座平原水库，绝大部分在沿黄地区“1 ，上世纪 六十年代以来又陆续建设平原水库脚。全国的平原水库建设已经有三十多年的历 史。我省平原水库绝大多数分布于黄河冲积平原地区，主要是引用黄河水，水库 建设基本参照山区、河谷水库，库址多为平原区荒地或洼地等，部分为农田，设 计基本按照碾压式土石坝设计规范进行。 平原水库是目l j 平原地区解决水资源短缺比较有效的办法m 。缺水地区往往 没有大的河流，客水来源少，没有充足的地下水资源补给，或者由于种种原因， 地下水不能满足居民生活和工农业生产的需要。这些地区，往往沉积了较厚的第 四系松散沉积物，由于第四系沉积物成岩时间较短，结构松散，承载能力差，抗 剪强度差，具有高压缩性和较强透水性，为软弱土层，地质条件复杂嘲，这就给 平原水库的建设带来不利影响。一个场地能否修建平原水库，取决于坝基土层的 物理力学性质和土层的渗透性能以及筑坝所用的土料的性质，地质参数是关键的 参数，地质勘探不可忽视“1 。 平原水库普遍存在蓄水浅、围坝很长、蒸发量大、占地面积大等问题。“m 们。 目前，我省己建成的棘洪滩水库修建在白垩纪粘土岩上，水库蓄水深度为l o m ， 其他已建的平原水库在黄河冲积平原区，一般蓄水较浅，水库设计坝高一般8 1 2 m ，由于各种因素的限制，没有设计高坝“，对于平原水库提高蓄水深度已经 2 双王城水库坝基稳定弓渗流研究 进行了一些研究“4 ，平原水库经济坝高的确定受多种因素的影响“”，优化蓄水深 度是在确定的水库规模条件下的技术、经济综合分析比较的要求“”巾1 ，我国平原 水库大多建在东中部平原地区和滨海地区，根据水利水电枢纽工程等级划分及 设计标准( 平原、滨海部分) ，平原滨海地区水利工程挡水建筑物高度一般不大 于1 5 m ，上下游水头差一般不大于l o m 。 鲁西北地区平原水库坝基地层为第四系新近沉积地层，为软土地基，地基土 结构松散，强度低，透水性较强，存在着坝基稳定，坝基渗漏、坝后浸没、饱和 砂性土地震液化和筑坝材料等工程地质问题，水库渗漏造成水资源浪费及库区附 近土地浸没等消极影响，平原水库普遍存在这些问题，河北省大浪淀水库也存 在这些问题“，解决这些问题成为平原水库建设成败的关键。开展平原水库的坝 基稳定与渗流研究，对于今后软基上水库建设具有指导意义。 目前，国内土石坝方面的论文有很多，针对平原水库的可查到的有三十多篇， 但是，有关应力应变和渗流有限元计算的论文只有十余篇，主要研究了应力应变 问题，少数研究了渗流问题。以顾淦臣先生和郭雪莽教授为代表的专家学者，在 软土坝基塑流非线性有限元分析和三维非稳定流有限元分析研究方面，取得了显 著的成果，这些成果对软土地基上建设较高的土坝提供了理论依据，必将对今后 的软基土坝工程建设观念的改变起到积极的推进作用。国外以美国、加拿大、日 本为代表的拦、蓄水建筑物，通常在严密的地质勘察基础上，采用三维非恒定渗 流原理，通过大型计算机，全面模拟拦蓄建筑物的渗流过程，优化出最合理的工 程实施方案，如采用基于有限元技术的专业三维渗流分析商业软件，可以模拟饱 和土和非饱和土渗流问题。土力学、工程渗流力学以及软土地基和环境工程地质 学方面的专著，软土坝基分析方面的论文。为本课题研究提供了充分的条件，著 作者具有坚实的理论基础和丰富的实践经验，对于本课题研究起到了很好的指导 作用。 平原水库围坝属于长线型建筑物，坝基地质条件存在不均匀性，造成坝基稳 定与坝基渗漏的不均一性，使得设计计算分析手段出现局限性问题，如二维平面 分析。采用三维分析，完全模拟土体地质条件，能够得到更加切合实际的结果， 使方案更加科学经济合理。本课题由于研究条件和多种因素的限制，未能采用三 维应力应变和非恒定渗流分析手段，这是本课题研究的不足之处。 取王城水库坝摹稳定与渗流研究 本论文以具体拟建工程为研究对象，根据坝基土层分布规律及其物理力学特 征，在确定的水库规模条件下，选定了分析研究的坝体典型断面位置及其型式， 根据典型断面参数、水库运行情况以及坝基地质参数，进行了有限元静应力计算、 渗流计算和滑坡稳定计算，对得到的计算结果进行了分析，得到了一些结论和认 识。 本课题采用二维有限元静力分析法对双王城水库的静应力稳定进行研究，计 算典型断面的应力水平，分析三种情况下的有限元应力水平值分布变化规律，论 证土体以及防渗体的物理力学性质对计算结果影响，进而判断工程措施的合理性 和科学性。采用二维渗流计算方法进行渗流研究，分析天然状态和防渗情况下的 渗流等势线分布和变化规律，论证土体渗透性和防渗措施对渗流曲线的影响，判 定防渗措施的效果，分析防渗措施的合理性。通过边坡稳定分析，论证坝体断面 的合理性，结果表明对砂壤土的分析和参数选择以及采取的措施是正确的。 科学、经济、合理的解决软土坝基工程地质问题是平原水库建设成败的关键。 分析双王城水库坝基工程地质条件和水文地质条件，迸行坝基稳定与渗流分析研 究，是为解决上述问题找到理论依据。 1 2 水库概况 拟扩建的双王城水库工程是南水北调东线第一期工程济南引黄济青段工 程的一个主要组成部分。该水库位于寿光市北部卧铺乡寇家坞村北，南距寿光市 区3 2 k i n ，北距卧铺乡2 k m 。该水库东西长l 。7 2 7 k m ，南北宽2 4 2 8 k m ，设 计围坝轴线总长9 6 3 6k m ，水库占地7 7 9 k i n 2 ，坝顶高程1 4 7 5 1 5 1 0 m ，最大坝 高1 2 5 m ，设计正常蓄水位1 2 5 0 m ，相应最大库容6 1 5 0 万一，设计死水位3 9 0 m ， 死库容8 3 0 万m 3 ，水库调节库容5 3 2 0 万m 3 。年入库水量为7 4 8 6 万m 3 ，出库水量 6 3 5 7 万m 3 ，蒸发渗漏损失水量1 1 2 8 万m 3 。为一中型围坝式平原水库。现状水库 位于寇家坞村北天然洼地，1 9 7 4 年建成，为一座中型平原水库。水库近似矩形， 南北平均长2 7 1 k i n ，东西平均宽1 9 5k m ，水库工程总占地面积5 7 4 k d ，坝长 8 9 k m ，现状坝顶高程5 9 4 6 9 0 m ，平均坝高3 5 m ，库内地面高程一般为2 8 0 3 5 0 m ，总体呈西北高、东南低之势。水库总库容1 2 0 6 万m 3 ，兴利库容1 0 6 0 万 m 3 ，设计灌溉面积5 2 5 万亩。水库原设计以弥河为水源，无防洪要求，水库自建 成后累计蓄水4 0 5 8 万m 3 。因水源严重不足，现已荒废，失去了水库的作用。 4 双王城水库坝摹稳定与渗流研究 拟建双王城水库主要建筑物包括泵站、水闸、桥梁、涵洞等各类建筑物1 l 座。根据水利水电工程等级划分及洪水标准( s l 2 5 2 2 0 0 0 ) ，结合南水北调 工程情况，确定本工程等别为i i 等，其主要建筑物级别为2 级，次要建筑物级别 为3 级。 双王城水库地处寿光市北部，属暖温带半湿润季风型大陆性气候，四季分明。 春季多西南风，干燥少雨；夏季偏南风，湿润而炎热；秋季偏北风逐渐增强，偏 南风不断减弱，雨云较少，多秋高气爽，个别年份夏季风势力较强，湿暖空气活 跃，造成秋雨连绵；冬季多偏北风，干燥寒冷。寿光市地处潍坊市西北部，北部 濒临莱州湾，南与昌乐、青州毗邻。东部与寒亭、潍城接壤，西部与东营广饶县 相邻。根据寿光气象站1 9 5 9 1 9 9 9 年气象资料分析，多年平均气温1 2 5 ，年 际变化不大。境内温度相差0 1 o 3 c ，年平均最高气温为1 9 9 8 年的1 4 1 ， 年平均最低气温为1 9 6 9 年和1 9 7 4 年的1 1 4 。年度内最热为7 月份，平均气温 为2 6 4 ；最冷为1 月份，平均为一3 1 ，极端最高气温为1 9 6 8 年6 月1 1 日的 4 1 o ，极端最低气温为1 9 7 2 年1 月2 7 目的- 2 2 3 c 。 根据寿光、寒桥、王高西兴王、羊口、大家洼( 为相临站) 1 9 5 6 1 9 9 9 年降 水资料分析计算，多年平均降雨量5 8 0 3 珊，最大年降雨量为1 9 6 4 年的1 2 1 7 3 m ， 最小年降雨量为1 9 8 1 年的3 0 4 2 m m ，年际变化率3 9 7 倍。降雨量年内分布差异 较大，降雨多集中在6 9 月，占全年降雨的7 3 1 。 根据寿光气象站1 9 5 9 1 9 9 8 年的观测资料( e 6 0 1 值) ，多年平均蒸发量 1 3 4 5 7 m m ，最大年蒸发量为1 9 6 1 年的1 7 4 7 o m ，最小年蒸发量为1 9 9 0 年的 1 0 0 2 8 m ，年际变化率为1 7 4 倍，但年内变化较大，蒸发强度最大的6 月份蒸 发量为2 1 0 7 t m ，蒸发强度最小的1 2 月份蒸发量仅为3 7 4 m m ，年内变化率为5 6 3 倍。 本工程采用5 6 黄海高程系。 围坝设计标准断面图见图1 - 1 。 銎三堡查堡堡苎堡塞兰望鎏曼窒 圈l 1 围坝设计标准断面图 6 双王城水库坝摹稳定与渗流研究 2 研究地区地质概况 2 1 地形地貌 双王城水库库区位于鲁北平原区缓平洼地内，区域地貌上属微倾斜低平原冲积海 积平原区“”。库区东部邻海积平原区，西邻黄河冲积平原区，南部邻山前倾斜平原平原 区，北部邻三角洲平原海积冲积平原区。冲积海积平原区位于黄河冲积平原与黄河 三角洲平原之间近滨海地区，部分平原前缘连接海潮滩地，地势低平，近岸l o 2 0 k m 地区，易受海潮影响，由于海水浸渍，多湿洼地，土壤盐渍严重“”。海积平原区位于莱 州湾，向海倾斜，前沿连接潮滩地，宽度较大。海拔低于5 m ，多是盐荒地或湿洼地。黄 河冲积平原区广泛分布于鲁西北地区，为黄河冲积形成。该区地域广阔，地势低平，海 拔一般在5 0 m 以下。本区河床、岗地呈条带状分布，浅碟式洼地星散其问，平缓坡地在 岗、洼地之中，形成岗、坡、洼相间的微起伏地形。低洼处地表和地下水径流滞缓，易 受涝、碱威胁。山前倾斜平原冲积洪积平原区分布于鲁中南山前，构造上处于抬升与 区域沉降过渡地带，区内经强烈的水流搬运堆积，形成环山麓向外倾斜的平原，海拔一 般l o l o o m 1 ”。 2 2 地层岩性 区内主要发育了第四系、下第三系地层和寒武系奥陶系及太古界地层。下第三系地 层和寒武系奥陶系及太古界地层构成了该区的盖层“”。 2 2 1 第四系地层 鲁西北平原区包含临清惠民中央坳陷沉积区、鲁西块隆边沿沉积区和埕宁隆起沉 积区o ”。库区位于临清惠民中央坳陷沉积区东部和埕宁隆起沉积区南部。 临清惠民中央坳陷沉积区：除边缘地带和局部隆起区下更新统有部分缺失外，第 四系发育完全，总厚度2 2 0 m 左右。全新统为( 黄河) 冲积陆相沉积层，岩性为灰黄色 砂壤土与粉砂互层，中部夹海相层，近海区以海相层和滨岸相地层为主，厚约2 0 m 。上 更新统为( 黄河) 冲积物，东部地段夹两期海相层，岩性为灰黄色砂壤土与粉砂互层， 厚度比较均匀，向东略有增加，厚约6 0 m 。中更新统岩性为棕黄色粘性土与褐黄色砂壤 土互层，夹粉细砂层，含多层钙质沉淀层，厚约9 0 l o o m 。下更新统岩性为棕色粘性土 与黄褐色至灰黄色砂壤土及粉细砂互层，夹有多层发育不同的钙质沉淀层，厚约5 0 7 0 m 7 双毛城水库坝幕稳定与渗流研究 埕宁隆起沉积区：早期第四纪沉积基本缺失，但见有火山喷发堆积物，总厚度1 2 0 1 8 0 m 。”。全新统中部为灰黑色淤泥层，上下部为黄褐色砂壤土或壤土层，夹粉砂层，一 般厚约2 0 l n 。上更新统东部地区见有二期海相沉积，上段一期海相层向西延至乐陵，是 海侵最远的地段。岩性为黄色褐黄色砂壤土、壤土互层，夹少量砂层，厚约4 0 l i l 。中 更新统，除东部不整合于玄武岩之上外，其他地段均不整合于上第三系明化镇组之上。 岩性为棕黄色至灰黄色壤土、砂壤土互层，夹少量砂层，含多层钙质沉淀层，厚约2 0 m 。 下更新统为无棣火山玄武岩系列，岩性为霞石质熔岩、火山集块岩等。 2 2 2 第三系地层 该区第三系地层中，上第三系地层包含馆陶组和明化镇组两个组，下第三系包括三 个组：东营组、沙河街组和孑l 店组。上第三系馆陶组是一套灰白色砾状砂岩、细砾岩、 灰绿色细砂岩和棕红色泥岩的间互沉积，底部为含石英、黑色燧石的砾状砂岩，砂砾岩； 明化镇组主要由土黄、棕红色泥岩、砂质泥岩与灰白色砂岩组成，分上下两段，上段粒 度粗，颜色浅，下段粒度细，颜色深。下第三系地层主要为大段的灰色、杂色泥岩和砂 岩交互层，夹少量碳酸盐岩、油页岩和石膏，厚约4 0 0 0 5 0 0 0 m 。孔店组上段为紫红、 棕红色泥岩与砂岩、灰质砂岩、粉砂岩互层，厚3 0 0 5 5 0 m ，中段以灰色、深灰色泥岩、 砂质泥岩为主，次为灰色粉砂岩、灰质砂岩夹灰岩，下段主要为棕色、棕红色泥岩与砂 岩。沙河街组是一套灰色、深灰色泥岩为主，次为粉砂岩、细砂岩、砂岩、油页岩、碳 酸盐岩的细碎屑沉积，厚度大于2 0 0 0 m 。东营组是一套砂岩泥岩的交互沉积，具三分性， 上部为灰绿色、灰白色砂岩、细砂岩及泥岩，以砂岩为主，厚1 5 0 m 左右：中部为棕红 色泥岩、细砾岩，以泥岩为主，厚1 0 0 1 5 0 m ；下部为灰白色、灰绿色细砾岩，细砂岩 及泥岩，以砾岩为主，厚o 1 5 0 m 啪】。 2 3 地质构造及地震 库区在区域上位于华北台坳滨州台陷广饶台凹中部，南邻央上台穹“”。区内地质构 造多呈隐伏状，其中断裂主要有沂沭断裂带之西侧主干断裂郎邵葛沟断裂、上五 井断裂、齐河广饶断裂带。郎部葛沟断裂为控震断裂。此外还发育了次一级断层， 主要有益都正断层、淄河平移正断层。 滨州台陷广饶台凹：台凹内下第三系地层南薄北厚，南部超覆在斜坡带的古老岩系 s 双王城水库坝摹稳定与渗流研究 上，北部以断层与台穹上的古老岩系相接。南部斜坡带断裂不甚发育，个别呈阶梯式排 列，北部断裂较发育。台凹沉积了较厚的下第三系地层，推测沙河街组直接覆盖在古生 界或者残存的中生界剥蚀面之上，厚约2 5 0 0 m 。其上的上第三系和第四系地层厚5 5 0 0 6 5 0 0 m 。东营组在台凹内呈近椭圆形分布，至台凹边缘厚度明显减薄，甚至尖灭汹1 。 l 、鄙邵葛沟断裂啪：该断裂长约1 4 0 k m ，走向n e i o 。2 5 。，倾向s e ，倾角6 0 。8 5 。，为正断裂。该断裂主要由三条主干断层组成，构成宽约i k m 的断裂带，主断 面以西有i k m 的碎裂岩带。该断裂北段( 潍坊以北) ，主要受鲁北新生代凹陷活动控制， 隐伏于地下。据有关资料，该断裂形成于早元古代，三叠纪有活动，早白垩世再次活动， 新第三纪仍在活动，第四纪以来仍有活动。该断裂在库区东南约3 0 k m 处穿过。 2 、上五井临涧断裂带咖1 ：是鲁中地区规模较大的断裂，上五井以北被第四系覆 盖，长约1 6 5 k m 。宽l 5 k m 。断层带呈n e 2 0 。3 0 。方向延伸，北段走向为n e 4 0 。 5 0 。，有逐渐靠近沂沭断裂带的趋势。断面倾向南东为主，局部倾向北面，倾角多在6 0 。以上，部分地段陡立。断层面舒缓波状，宽度常在5 2 0 m 之间。断裂早期具右行张 扭特征，后期被新华夏系北北东向左行压扭结构叠加，断裂活动比较复杂。 3 、齐河广饶断裂带n “：该断裂带长约3 0 0 k m ，呈隐伏状。物探资料揭示为一组 近东西向的断裂带，被鲁西隆起区边缘的放射状断裂所切割。断裂带的格架和构造形态 表明，它是一条引张断裂斜坡带，断面不十分平整，以正断裂为主，盖层形变受断裂带 控制，因两端分别同沂沭深大断裂带和聊考断裂带相交接，所以整个断裂带的活动强度 由两端向中间减弱，有关资料表明，该断裂带至少在中生代已开始活动，早白垩世时， 沿断裂带开始了基性或中性火山岩喷发。 4 、益都断裂唧3 ：该断裂大部隐伏于第四系之下，南东段局部有出露，地貌上有反 映。断裂走向n w 3 3 0 。，长度1 5 0 k m ，早期显张扭性，后期显压扭性。 5 、淄河断裂带咖1 ：北东起辛店，向南经朱崖至泉庄一带，一般由近于平行的3 5 条断裂构成，全长1 l o k m 。断裂面主体走向n e 2 5 3 5 。，东倾为主，局部反倾，倾角多 8 0 。左右，淄河河谷主要沿其发育。断裂东侧为下奥陶统或寒武系，西侧主要为中奥陶 统，整体呈现东盘上升并向北推移，垂直断距1 0 0 4 0 0 m ，属左行逆断层。早期显张压 性，晚期为压扭性。 该区地质构造发育情况见图2 - 1 区域构造略图。 9 双王城水库坝摹稳定与渗流研究 据地震历史记录资料，该区共发生五级以上地震2 0 次。1 6 6 8 年7 月2 5 日郯城、莒 县间发生8 5 级地震时，该区最高地震烈度为度。 h75 刀 1 ，蔓酒河平推f 晨 7 上五井新囊，一以j i 埙方法实溯的新曩 2 - 炉苯庄正新崖8 部鄱葛海断裂猷麓羹方珐推蔫曲薪曩 3 灌河平参正f 晨 9 新枷两头听曩一。一以摄方法推测的听曩 4 叠岭镇正新晨1 0 ，甜弩崔 膨l l l l g i 袅糨蚪元魁分 5 董正听晨 1 1 潮田由并鲫蚺_v 囊枷造单元越分 6 弃河一广饶薪蔓 图2 1 区域构造纲要图( 引自区域水文地质调查报告淄博幅。1 9 8 0 ) 2 4 水文地质条件 区域地下水类型为松散岩类孔隙潜水，含水层岩性为粉砂、细砂及中砂，砂层厚i o n 3 0 m ，具有中等强富水性；古河道之间及东部近滨海地区，含水层岩性以厚度小于l o m 的粉细砂为主，砂层薄、颗粒细，具有弱富水性。水位埋深1 4 m ，局部大于4 m 。山前 1 0 双壬城水库坝摹稳定与渗流研究 冲洪积平原及河谷阶地，含水砂岩性为中粗砂、砾石，颗粒粗大，砂层厚度一般5 3 0 m ， 具有强极强富水性；山麓地带坡洪积物具有弱富水性。水位埋深2 8 m 。区内地下水 运动及水化学类型，自山前冲洪积平原至黄泛平原具有一定变化规律。山前冲洪积平原， 含水砂层颗粒粗大，地下径流畅通，地下水不仅得到大气降水的垂直渗入补给，还有山 区的侧向补给，因此，具有良好的补给和径流条件。地下水沿地面倾斜方向流向黄泛平 原。黄泛平原，地面平坦，砂层颗粒细。大气降水垂直入渗后，以0 1 o 4 的水力 坡降，自西南向东北缓慢运动。局部地区由于黄河侧渗补给、井渠回灌及人工开采等原 因，地下水动态有所改变。鲁西北平原区地下水排泄主要表现为垂直蒸发、河流排泄、 人工开采等多种形式。地下水水化学类型具有明显水平分带性；山前冲洪积平原及古河 道带为矿化度小于l g l 的重碳酸盐型水，古河道间带为矿化度l 2 9 l 的重碳酸盐氯 化物型水及重碳酸盐硫酸盐型水，滨海地区为矿化度大于2 9 l 的氯化物型水等“”。 库区位于冲积海积平原，无浅层淡水，1 0 0 3 0 0 m 以下埋藏深层淡水，含水层岩性 为粉细砂，中粗砂，富水性自南向北减弱，水位埋深小于1 0 1 n 。地下水补给来源以大气 降水为主，还有山区的侧向补给，浅层地下水化学类型具有明显水平分带性，从山前至 滨海平原，地下水化学类型依次为重碳酸盐型、重碳酸盐氯化物型、氯化物重碳酸盐型、 氯化物型“”。 3 研究地区工程地质与水文地质条件 3 1 坝基工程地质条件 3 1 1 地形地貌 拟建水库库区位于黄河南岸冲积海积平原区，小清河水系塌河右岸、张僧河左侧， 地势低平，地面高程一般为3 3 0 4 4 0 m ，微向北东倾斜。库内土壤盐渍化严重，排碱 沟纵横交错。水库包括现状双王城水库，现状水库坝顶高程5 9 4 6 9 0 m ，坝高约3 5 m 左右，库内地面高程一般为2 8 0 3 5 0 m ，总体呈西北高、东南低之势。库区南侧有一 寿光市西水东调工程引水渠。由西向东曲折通过。 取王城水库坝基稳定与渗流研究 3 1 2 坝基土层岩土特征与分布规律 坝基下伏地层在勘探深度内为第四系全新统冲积、海积地层及第四系上更新统海积 地层。 全新统冲积层( 瓴“) ：岩性主要为褐黄色、褐红色的砂壤土和壤土，夹有零星裂隙粘 土，层厚0 5 4 2 m ，厚度不均匀，分布不稳定，分布于库区表层。海积层( q 4 - ) ：岩性 主要为灰绿色、褐灰色的砂壤土和黑色的富含有机质的壤土，有臭味，分布有少量粘土， 厚度变化较大，层厚l o 4 1 4 1 m 。在整个库区连续分布。 上更新统海积层( q 3 - ) ：岩性为褐黄色、黄褐色、灰绿色、灰黑色的壤土、砂壤土和 壤土夹姜石，局部夹粘土透镜体，厚度变化大，分布不稳定，层厚5 5 9 2 m ，局部勘 探深度内未揭穿。在整个库区连续分布。自上而下可分为1 l ：k 层。 一1 层壤土( q 4 “) ：褐黄色黄褐色，可塑状。该层土出露地表，断续分布于桩号 3 + 1 5 7 4 + 6 3 4 、6 + 0 2 0 9 + 5 6 0 、0 + 0 0 0 2 + 0 7 2 段。层厚0 7 0 2 2 0 ，层底高程1 4 5 3 3 5 m 。 层裂隙粘土( q 4 a ! ) ：褐红色红褐色，软可塑状，接近地下水位时呈软塑状。该 粘土垂直裂隙发育，裂隙发育密度一般为3 5 条l o c m ，裂隙宽度2 6 哪不等，裂隙 中充填有松散的粉砂或粉土。该层土具有失水干缩，遇水胀敬之特点。该层土仅分布于 库区南部桩号8 + 2 6 3 9 + 5 6 0 、0 + 0 0 0 0 + 8 4 8 段。层厚0 2 0 o 6 0 m ，层底高程2 7 0 2 ，9 5 0 m 。 层砂壤土( q ，) ：褐黄色灰褐色，松散稍密，稍湿饱和状，土中见有贝壳 碎屑。该层土自上而下颜色加深。分布连续、稳定。库区北部局部出露地表。层厚1 7 0 4 o o m ，层底高程一1 2 5 1 o o m 。 一1 层砂壤土( q d ：灰色黑灰色，松散稍密，饱和状。富含贝壳碎屑，有臭 味。该层土分布连续。层厚0 8 0 3 5 0 m ，层底高程一4 1 0 - 0 7 0 m 。 驴2 层粘土( 财) ：深灰色灰黑色，软可塑状，局部流塑状。富含有机质及贝壳 碎屑，有臭味，粘土中夹粉土细层，呈千层饼状。该层粘土分布于桩号0 + 8 4 8 7 + 8 5 9 段。层厚0 2 0 2 1 0 m ，层底高程4 6 5 一2 3 0 m 。 层壤土( 乱) ：深灰色灰黑色，软可塑状。富含有机质及贝壳碎屑，有臭味。 1 2 鬏王城水库坝摹稳定与渗流研究 土中粉粘粒含量不均，发育虫孔。该层壤土分布连续、稳定。层厚3 2 0 5 9 0 m ，层底 高程一9 2 0 一6 o o m 。 层壤土( 财) ：灰褐色黄褐色，可塑状，土中虫孔及裂隙发育，虫孔直径一般 为0 5 岫，大者1 2 n m ，1 0 8 岩芯断面上一般为2 0 3 0 个。该层土易散。自上而下颜 色变浅，粉粒含量增高，局部呈砂壤土状。该层壤土分布连续，但厚度变化较大。层厚 0 9 6 1 0 m ，层底高程一1 3 o o 一8 4 5 m 。 层壤土夹姜石( 町) ：褐黄黄褐色，硬可塑状，姜石直径一般为0 5 1 o c m ， 大者达3 o c m ，含量分布不均，一般为5 i o 。土中粉粒含量较高，局部呈砂壤土状。 该层土分布连续，但厚度变化较大。层厚1 0o 5 5 0 m ，层底高程一1 8 2 5 一i i 0 5 m 。 层砂壤土( q 3 - ) ：褐黄色、黄褐色、灰绿色，中密、饱和状，该砂壤土微胶结， 岩心呈柱状，土中见有虫孔、贝壳碎屑，偶见0 2 3 c m 姜石。土中粉粘粒含量不均，局 部粘粒富集成一1 层壤土或一2 层粘土。该层砂壤土分布连续、稳定，层厚1 9 0 6 4 0 m ，层底高程一2 0 8 5 一1 7 9 0 m 。 一l 层壤土( q 3 1 ) ：灰色灰黑色，可塑状。局部见有贝壳及小径姜石。该层壤土 仅分布于桩号5 + 0 8 7 6 + 0 2 0 、6 + 9 7 8 7 + 8 5 9 段。层厚1 1 0 2 7 0 m ，层底高程一1 8 8 5 一1 5 。6 0 m 。 一2 层粘土( q 3 - ) ：暗棕褐色，可塑状。土中粗大虫孔发育，1 0 8 岩芯断面上一般 为3 4 条，直径3 8 哪不等，大者达1 5 r a m ，孔洞中充填松敬的粉细砂或粉土。局部粉 粒富集成砂壤土微细薄层，形成。千层饼”状地层。该层粘土分布于桩号7 + 8 5 9 9 + 5 6 0 、 0 + 0 0 0 5 + 0 8 7 段。层厚0 4 0 2 7 0 m ，层底高程- 2 1 0 0 一1 8 5 0 m 。 层壤土( q 3 - ) ：灰褐色、褐灰色，可塑状，土中虫孔发育，1 0 8 岩芯断面上一般为 1 0 3 0 个，直径1 3 哪不等，无充填，易散。该层壤土分布连续。层厚0 6 0 3 2 0 m 。 层底高程一2 4 5 0 一2 0 5 0 m 。 层砂壤土( q 3 - ) ：褐黄色、黄褐色、灰绿色，中密、饱和状，土中见贝壳碎屑。 土中粉粘粒含量不均，局部粉、粘粒含量高，呈轻壤土状。该层砂壤土分布连续。层厚 0 2 0 2 8 0 m 。控制底高程一2 4 7 0 一2 2 4 5 m 。 层壤土( q 3 - ) ：黄褐色、灰褐色，硬可塑状，土中见有贝壳碎屑，偶见直径l 2 c m 的姜石。该层土厚度不均，一般为0 7 0 4 3 0 m ，层底高程一2 8 4 2 2 4 9 0 m 。 双王城水库埙摹稳定与溜流研究 一1 层砂壤土( q 3 - ) ：褐黄色、黄褐色，中密、饱和状，土中见有贝壳碎屑，偶见 直径3 5 c m 的姜石。分布于层壤土中下部，厚度0 3 0 2 ，3 0 m ，层底高程一2 8 6 0 一2 6 4 0 m 。 层砂壤土( 町) ：褐黄色、黄褐色，中密、饱和状，土中见贝壳碎屑。土中粉粘 粒含量不均，局部粘粒富集成薄层壤土透镜体。层厚0 。5 0 3 。6 0 m ，层底高程一3 0 9 2 一2 5 9 0 m ，局部未揭穿。 o d 层壤土夹姜石( q 3 。) ；褐黄色、黄褐色，硬可塑状，姜石直径一般为0 5 2 o c m ， 含量分布不均，一般为1 0 2 0 。土中见有贝壳碎屑，偶见虫孔。该层土未揭穿，控制 厚度0 9 0 3 7 0 m ，控制底高程- 3 2 3 5 一2 8 5 0 m 。 ( 1 1 ) - 1 层土质中粗砂( q 3 - ) ：褐黄色，饱和、密实，为长英质，砂质不纯，含土质约 1 0 2 0 ，该层仅在b k 7 见到，未揭穿，控制厚度1 o o m ，控制底高程一3 1 3 0 m 。 各层土的物理力学指标见表3 1 。各层土的e u 模型八大参数指标见表3 2 。 1 4 馨船镥豢 0密 z 鲞援 吾 魁墨蜷 爱 接 番 霉 篓r u ggg； * 复 口：d 一 “ 盎 一 一一 辑 酶誊霞 吡 强 墨 型 翟黠善焉 暴 疆 器 珀 8 量 蠹8 霹 鬟ru 6“ ：i i 一 番蟹艘 ， *翟撩 吾 擐 乓 婚 s 8篁宝；8是 塞 鬈r j 曼 d 一 0。 d 一 一 乓 u 一一一一一一一 蓄帕籁 o昌孛 g 2宝星 8 8 = 州吧1节1冀气 。oo。ooo。 彭 好 蓄鄹捌! 董 蓄倏籁 _ o 拿 8 荨 t 一 =d o。 萎轷赫 一 8雩 sd 蛐 翥轷螽* 把 n 理 翥鹾趟 8 高 东 x 蓑噬堪 看 辞篷丑 葛宝苫蛋芝葛量 芝 66一6d 666 t一9一州q 强 翠冥螂 摹 苫掣窝g宝昌 3 毫 h _ 籀毯 a_ 等 芷 毫 。 割 知 客 苫星蓦宗s ! 苫衣 s ! 兽 塞 嚣 蜊筒蜊 一 “二一 - 二二 d一一“ 一g _ h 掣芝2