大沙河库区工程地质条件及稳定性评价分析

从 楠

(单县水务局，山东 单县 274300)

1 大沙河水库库区地质概况

1.1 地形地貌

大沙河水库位于山东省鲁西南黄河冲积平原，水库所在的地区地形平坦，地势呈西南向东北倾斜趋势，地面高程在44.3～45.8 m 之间(1985 国家高程基准，下同)，地面坡降0.1‰～0.2‰。地貌单元属微倾斜低平原区(Ⅵ)-黄河冲积平原亚区(Ⅵ1)。区域河床、岗地呈条带状分布，浅碟式洼地星散其间，平缓坡在岗、洼之中形成岗、坡、洼地相间排列。

1.2 地层岩性

工程区位于鲁西南黄泛冲积平原，主要有第四系全新统黄泛冲积堆积层巨野组(Qhj)、沼积堆积层黑土湖组(Qhh)及第四系上更新统冲洪积堆积层平原组(Qpp)。

1.3 地质构造及地震

库区位于华北板块(Ⅰ)鲁西南潜隆起(Ⅱb)菏泽-兖州潜断隆(Ⅱb1)，区域范围内构造发育。由于堆积较厚的松散覆盖层，地质构造呈隐伏构造。近场区区域构造主要有：

(1)单县断裂：从单县高韦庄向东北经单县，金乡到嘉祥的纸坊，走向北东，倾向南东，为第四纪不活动断层。位于场区的北部，垂直距离约6 km。

(2)巨野断裂：北起聊城南，经巨野县南入河南省，走向 355°左右，倾向西，为正断层，断裂长约 210 km，为第四纪活动断层。位于场区的西北部，垂直距离约 20 km。

(3)东明-成武断裂带：从东明县东经牡丹区解元集、定陶到成武，长约 100 km，走向南东东，倾向北东，为全新世活动的走滑断层。位于场区的北部，垂直距离约20 km。

(4)曹县断裂带：北起阳谷，经郓城、成武西、曹县，南入河南省，并错断近东西向的郓城断裂、菏泽断裂、东明-成武断裂、单县断裂，断层倾向东-南东，倾角上陡下缓，呈铲状。有迹象表明该断裂可能是一条第四纪中更新世时期活动的断裂。位于场区的东部，垂直距离约40 km。

(5)金乡断裂：西起曹县庄寨，经定陶、成武、金乡东至界河，总体走向83°，倾向北，倾角 70°左右，为正断层，控制长度为180 km，位于场区的南部，垂直距离约40 km。主要活动时间为古生代至燕山期，为第四纪不活动断层。依据场地 20 m以内等效剪切波速资料，场区地层等效剪切波速值约为170～190 m/s，场地覆盖层厚度大于50 m，确定场地土类型为中软土，场地类别为Ⅲ类。

2 库区水文地质条件分析

库区环境水包括地表水(河水)和地下水，库区地下水为第四系孔隙潜水，主要含水层为砂壤土，勘察期间揭示地下水埋深为 0.90～2.70 m，潜水位为 42.23～43.10 m。水位与地形基本一致，呈西南高东北低之势。据水质分析资料，库区水化学类型地表水均为重碳酸氯化物硫酸钠镁型水，地下水为重碳酸钠镁钙型水。地表水pH 值为7.4，总硬度为233.03 mg/L，总碱度为 199.10 mg/L，矿化度为 642.50 mg/L，无侵蚀性CO2；地下水pH 值为7.0，总硬度为688.01 mg/L，总碱度为678.85 mg/L，矿化度为 1656.41 mg/L，无侵蚀性CO2。据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)附录 L 判定，场区地表水对砼无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。场区地下水对砼具硫酸盐型弱腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。综合野外抽水、注水试验及室内渗透试验等试验成果，大沙河水库各土层渗透系数建议值见表1。

表1 坝基土层渗透系数建议值表

3 坝基工程地质条件评价

3.1 地层分布

勘探深度范围内，揭露的地层主要为第四系松散堆积层，自上而下可分为 14 层(含亚层)：

①层粉砂(Q4al)：褐黄色～浅黄色，很湿，松散～稍密，矿物成分主要为石英、长石，含少量云母碎片，砂质不纯净，局部相变为砂壤土。

②砂壤土(Q4al)：黄褐色，饱和，稍密，土质不均，手捻有砂感，切面无光泽，摇振反应迅速，干强度低，韧性差，分布连续，夹②-1 层黏土。

②-1 层黏土(Q4al)：黄褐色-灰褐色，软塑，土质较均匀近壤土，裂隙发育，切面较光滑，摇振无反应，干强度高，韧性中等，呈透镜体分布。

③层黏土(Q4al)：灰褐色，软塑～可塑，含有机质，有腥臭味，切面光滑，摇振无反应，干强度及韧性中等。局部夹壤土及淤泥质黏土薄层。

③-1 层壤土(Q4al)：灰褐色，软塑～可塑，土质较均匀，局部含少量有机质，切面36较粗糙，摇振反应一般，干强度中等，韧性中等，呈透镜体分布。

③-2 层淤泥质黏土(Q4al)：灰褐色，软塑～-流塑，土质较均匀，含少量有机质，切面较光滑，摇振无反应，干强度中等，韧性中等，呈透镜体分布。

④层黏土(Q4al)：黄褐色-褐黄色，可塑，土质较均匀，切面光滑，摇振无反应，干强度高，韧性高，下部含少量铁锰结核及钙质结核，直径一般 1.0～3.0 cm，次圆状。

④-1 砂壤土(Q4al)：黄褐色，饱和，稍密～中密，土质不均，手捻有砂感，切面无光泽，摇振反应迅速，干强度低，韧性差。

⑤-1 砂壤土(Q3alp)：黄褐色，饱和，稍密～中密，土质不均，手捻有砂感，切面无光泽，摇振反应迅速，干强度低，韧性差。

⑤层壤土(Q3alp)：褐黄色，可塑，干强度及韧性中等，局部相变为黏土，含少量铁锰结核及钙质结核，下部含姜石 20%左右，粒径 5～20 mm。

⑥层粉砂(Q3alp)：褐黄色，饱和，稍密～中密，矿物成分主要为石英、长石，含少量云母碎片。

⑦层壤土(Q3alp)：褐黄色，可塑～硬塑，土质不均，稍有光泽，干强度及韧性中等，局部为黏土，含少量铁锰结核及钙质结核，土中管状孔隙发育，横向连通性好。

⑦-1 砂壤土(Q3alp)：黄褐色，饱和，中密，土质不均，手捻有砂感，切面无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性差。

⑧砂壤土(Q3alp)：黄褐色，饱和，中密，土质不均，手捻有砂感，切面无光泽，摇振反应中等，干强度低，韧性差。

3.2 坝基渗漏

根据钻探资料及库区地质调查，库区分布的地层主要为①层粉砂、②层砂壤土、③-1层壤土、③层砂壤土、④层粘土、⑤层壤土、⑥层粉砂、⑦壤土、⑧层砂壤土。具中等透水性，且各透水层间连通性较强，水力联系密切，勘察控制地层深度内，没有稳定、统一、连续的相对隔水层。建议设计部门进行渗漏计算，并采取有效的防渗截渗措施。

3.3 坝后浸没

大沙河水库地势低洼平缓，坝基地层分布以粉砂、砂壤土和裂隙粘土为主，渗透性较强，地下水排泄不畅，勘察期间实测资料显示，库外地面高程 44.25～45.22 m，库区多年地下水位平均高程为 42.50 m。水库建成蓄水后，地下水位将进一步提高，根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487-2008)附录 D 库外符合浸没的初判条件，故库外为可能浸没区，可能会产生较大范围的浸没及盐渍化，建议采取截渗、排渗措施，减少和降低对库区周围环境的影响。

3.4 渗透变形

依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)附录 G，粘性土的渗透变形为流土。所选土样②层砂壤土为少粘性土渗透变形类型为流土。①层粉砂为无粘性土Cu=8.53，P=18%，渗透变形类型为管涌。依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487-2008)附录 G，根据计算结果结合工程经验对比，建议①层粉砂允许水力比降可采用 0.18，②层砂壤土允许水力比降可采用0.20。

3.5 地震液化

水库处于地震基本烈度Ⅶ度区，应对坝基进行振动液化评价。根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB 50487-2008)附录 P 有关规定，对勘探深度范围内 15m 深度的①层粉砂、②层砂壤土、③-1层壤土、④-1 层砂壤土进行地震液化评价，得出场区①层、②层、④-1 层砂壤土及③-1层壤土在基本地震动峰值加速度为 0.10 g，工程正常运行时均存在液化可能。

3.6 坝基地质综合评价结果

①层粉砂、②层砂壤土，分布于围坝表层，结构松散，具中等压缩性、力学强度较低、易产生渗透破坏，具液化可能，是主要的持力层，工程地质条件差，对坝基稳定不利，应进行工程处理。

③层黏土及夹层，软塑～可塑，局部流塑，该层具中高压缩性、力学强度较差，普遍分布，工程地质条件差，不利于抗滑稳定，是坝基的沉降变形主要来源层，建议设计进行沉降验算。

④层黏土，分布连续，厚度较大，具中等缩性、工程地质条件较好可作为建筑物深基础持力层。

⑤层壤土分布连续，具中等压缩性，工程地质条件较好可作为建筑物深基础持力层。

⑥层粉砂：中密，分布连续，具较低压缩性、中等透水性、力学强度较好，工程地质条件一般。

⑦层壤土：可塑～硬塑，分布连续，厚度较大,具中等压缩性、力学强度较好，工程地质条件较好，可作为建筑物深基础持力层。

4 库区及围坝部分稳定性分析

4.1 库区

库区位于华北板块(Ⅰ)鲁西南潜隆起(Ⅱb)菏泽-兖州潜断隆(Ⅱb1)，区域范围内构造发育。由于堆积较厚的松散覆盖层，地质构造呈隐伏构造。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)，Ⅱ类场地条下，工程区基本地震动峰值加速度为 0.10 g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。依据场地20 m 以内等效剪切波速资料，场区地层等效剪切波速值约为170～190 m/s，场地覆盖层厚度大于50 m，确定场地土类型为中软土，场地类别为Ⅲ类。

4.2 水库围坝

①层粉砂、②层砂壤土，分布于围坝表层，结构松散，具中等压缩性、力学强度较低、易产生渗透破坏，具液化可能，是主要的持力层，工程地质条件差，对坝基稳定不利，应进行工程处理。

③层黏土及夹层，软塑～可塑，局部流塑，该层具中高压缩性、力学强度较差，普遍分布，工程地质条件差，不利于抗滑稳定，是坝基的沉降变形主要来源层，建议设计进行沉降验算。

④层黏土，分布连续，厚度较大，具中等缩性、工程地质条件较好可作为建筑物深基础持力层。

⑤层壤土分布连续，具中等压缩性，工程地质条件较好可作为建筑物深基础持力层。

⑥层粉砂：中密，分布连续，具较低压缩性、中等透水性、力学强度较好，工程地质条件一般。

⑦层壤土：可塑～硬塑，分布连续，厚度较大,具中等压缩性、力学强度较好，工程地质条件较好，可作为建筑物深基础持力层。

5 结语

(1)通过对大沙河水库坝基工程地质进行分析，在此基础上进行稳定性评价，可以看出，坝基①层粉砂、②层砂壤土存在渗透变形问题，①层粉砂渗透变形形式表现为管涌，允许坡降建议值为 0.18；②层砂壤土渗透变形形式表现为流土，允许坡降建议值为 0.20。坝基下①层粉砂、②层砂壤土及④-1砂壤土在地震基本烈度Ⅶ度区条件下，可能发生地震液化，施工中应采取抗震加固措施。

(2)后期水库建成蓄水后，坝后将会产生浸没危害，应加强坝后浸没、盐渍化等次生灾害技术处理。采取截渗措施，对围坝土料采用粉砂、砂壤土作为均质坝土料，采取工程处理措施并进行现场碾压试验，保证勘察筑坝土料储量满足规范要求，通过多种施工措施，以解决不利地质条件产生的影响，保证水库后期运行安全。