巖土工程——新時(shí)期創(chuàng)新之路

李　林

摘 要：巖土工程是一門新興的前沿學(xué)科，只有將巖土工程融入各個(gè)學(xué)科，才能實(shí)現(xiàn)健康快速的發(fā)展。本文描述了論述了汶川地震災(zāi)后重建面臨的巖土工程問題及新時(shí)期國家大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)以拉動(dòng)內(nèi)需對(duì)巖土工程提出的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。講述了巖土工程創(chuàng)新的之路——生態(tài)建設(shè)，以城市建設(shè)和青藏鐵路建設(shè)為例說明了進(jìn)行生態(tài)建設(shè)所帶來的切實(shí)效益。

關(guān)鍵詞：巖土工程；創(chuàng)新；生態(tài)建設(shè)

1 前言

巖土工程是20世紀(jì)60年代末至70年代初將土力學(xué)及基礎(chǔ)工程、工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)三者逐漸結(jié)合為一體并應(yīng)用于土木工程實(shí)際而形成的一門應(yīng)用性新學(xué)科。巖土工程是將土力學(xué)及基礎(chǔ)工程、工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)三者結(jié)合為一體并應(yīng)用于土木工程實(shí)際而形成的一門應(yīng)用性新學(xué)科。它涉及土木工程建設(shè)中巖石與土的利用、整治或改造，其基本問題是巖體或土體的穩(wěn)定、變形和滲流問題。巖土工程的發(fā)展將圍繞現(xiàn)代土木工程建設(shè)中出現(xiàn)的巖土工程問題并將融取吸收其他學(xué)科取得的新成果，今后主要集中在土的本構(gòu)模型的研究、沉降控制設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用研究、基坑工程圍護(hù)體系的穩(wěn)定和變形、地基處理技術(shù)和復(fù)合地基等11個(gè)方面的研究領(lǐng)域。我國土木工程建設(shè)的規(guī)模、持續(xù)發(fā)展的時(shí)間、工程建設(shè)中遇到的巖土工程技術(shù)問題,都是其它國家不能相比的，這給我國巖土工程研究躍身世界一流并逐步處于領(lǐng)先地位創(chuàng)造了很好的條件[1]。

創(chuàng)新是企業(yè)的靈魂，也是企業(yè)生存和發(fā)展的動(dòng)力。為了適應(yīng)社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制的要求，滿足日益激烈的市場競爭需要,迎接加入“WTO”帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，克服國營老企業(yè)人才缺乏、觀念陳舊、生產(chǎn)經(jīng)營機(jī)制不合理等困難。通過管理創(chuàng)新、觀念創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，探索出了一條促進(jìn)巖土工程企業(yè)發(fā)展之路[2]。

巖土工程是一門新興的邊沿學(xué)科，需要把不同學(xué)科和不同領(lǐng)域的知識(shí)不斷融入巖土工程學(xué)科，不斷創(chuàng)新，才能更好地得到發(fā)展和完善。人類是生活在自然環(huán)境中的一部分客體，人類在進(jìn)行一切社會(huì)活動(dòng)時(shí)必須高度重視人與自然的和諧發(fā)展。所以巖土工程在今后也得從生態(tài)的角度出發(fā)，使其學(xué)科能為社會(huì)的和諧發(fā)展服務(wù)。文章結(jié)合汶川地震災(zāi)后重建面臨的巖土工程問題及新時(shí)期國家大力發(fā)展基礎(chǔ)建設(shè)以拉動(dòng)內(nèi)需對(duì)巖土工程提出的要求與挑戰(zhàn)對(duì)新時(shí)期巖土工程創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)行了論述。

2 汶川地震災(zāi)后重建相關(guān)的巖土工程問題

5.12汶川大地震使我們國家進(jìn)入21世紀(jì)以來遭受最為慘重的一次自然地質(zhì)災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失8451億元人民幣截至10月8日12時(shí)，四川汶川地震已確認(rèn)69227人遇難,失蹤17923人。對(duì)人類賴以生存的地球，人類還知之甚少，地震的臨震預(yù)報(bào)工作困難重重。但是，現(xiàn)有的科技水平至少表明，印度板塊的擠壓尚未停止。在這種背景下，川西地區(qū)的地震活動(dòng)不會(huì)終止。因此，防震減災(zāi)工作應(yīng)該成為工作的重點(diǎn)[3]。

2.1 松散堆積物問題

目前災(zāi)區(qū)余震活動(dòng)已經(jīng)接近尾聲，地震中山區(qū)大量崩塌和滑坡產(chǎn)生的松散堆積物會(huì)構(gòu)成災(zāi)區(qū)重建過程中最嚴(yán)重的次生地質(zhì)災(zāi)害。從臺(tái)灣集集地震等的經(jīng)驗(yàn)來看，在地震過后的數(shù)年內(nèi)，松散堆積物在雨季形成泥石流的頻度和規(guī)模大大增加。因此，如何預(yù)測可能形成的泥石流范圍、規(guī)模，及其對(duì)災(zāi)區(qū)工程結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)生活設(shè)施的潛在影響是一個(gè)值得關(guān)注的問題。

2.2 山區(qū)村鎮(zhèn)選址問題

考慮中國的土地資源和人口分布特點(diǎn)、社會(huì)穩(wěn)定、以及災(zāi)區(qū)的長期可持續(xù)發(fā)展要求，除部分縣鎮(zhèn)(如北川縣等)需要重新選址外，更多的則要考慮在原址或其附近重建。從本次震災(zāi)的情況來看，震害嚴(yán)重的村鎮(zhèn)基本上位于斷裂通過部位或次生地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重部位。實(shí)際上，在部分地區(qū)，特別是在山區(qū)，遴選一塊完全不存在災(zāi)害威脅的場址是困難的，部分村鎮(zhèn)位于河漫灘等部位，還需要進(jìn)一步考慮山洪的威脅。山區(qū)雖然災(zāi)害頻繁，但是每種災(zāi)害發(fā)生的頻度、可能造成的損失、工程可治理性和造價(jià)等是不一樣的，可綜合考慮上述因素進(jìn)行場址可利用性評(píng)價(jià)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。從美國加州的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來看，只要斷層通過部位確定了，在離斷層50 ft(約15 m)之外是可以修建住房等建筑物的。過去由于覆蓋層遮掩等原因，斷層確切通過部位難以確定，那么通過本次地震大范圍的地表破裂現(xiàn)象的詳細(xì)調(diào)查，這一問題迎刃而解。

2.3 山區(qū)公路建設(shè)問題

山區(qū)公路，特別是鄉(xiāng)村簡易公路往往采用半挖半填的方法沿河修建，以節(jié)省施工造價(jià)。由于地震災(zāi)區(qū)構(gòu)造抬升強(qiáng)烈，河谷快速下切過程中岸坡演變未能趨于穩(wěn)定。即使沒有地震，岸坡崩塌現(xiàn)象十分常見，特別是在雨季。本次地震期間，出現(xiàn)大量公路因崩塌、滑坡而損毀的現(xiàn)象可以說是不奇怪的。山區(qū)公路損壞切斷了山區(qū)居民的逃生線路，也給救援工作帶來巨大困難。上述公路修建方法是值得反思的。從G213 國道都江堰-映秀段的情況來看，本次地震中，馬鞍石隧道無任何破壞，友誼隧道局部因?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)襯砌出現(xiàn)輕微損壞，白云頂隧道在斷層通過部位襯砌輕微破壞，與映秀-汶川段至今未能完全打通形成強(qiáng)烈的反差，也印證了地下結(jié)構(gòu)的抗震性能較好的論斷。因此，在地震山區(qū)，特別是山谷的峽谷段宜盡量使用隧道方案。在地質(zhì)、地形條件較好的地段，若使用傳統(tǒng)的方案，開挖邊坡也需要進(jìn)行錨固。短期來看，工程的投資是增加了，但是從長遠(yuǎn)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益來看，增加的投資是值得的。對(duì)部分山區(qū)而言，由于不處于交通要道，公路利用率很低，按上述思路修建公路并不可行。可考慮結(jié)合水電開發(fā)，利用水庫開辟水上交通也是一種可以考慮的方案。

3 巖土工程創(chuàng)新發(fā)展

最近，中央政府核準(zhǔn)了包括鐵路、公路及機(jī)場等一批基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，有報(bào)道稱，國務(wù)院近期批復(fù)的鐵路投資額已經(jīng)達(dá)到2萬億元，其中在建項(xiàng)目的投資規(guī)模超過了1.2萬億元。在全球性金融風(fēng)暴不斷升級(jí)、中國深受其累的背景下，中央政府的這一舉措，表明政府面對(duì)新的國際經(jīng)濟(jì)格局，正在以加大投資力度的舉措來拉動(dòng)內(nèi)需，以保證經(jīng)濟(jì)增長速度能夠保持于一定的水平。鐵路建設(shè)的規(guī)劃，在幾年前就已定下，“鐵路十一五規(guī)劃”顯示，到2010年主要目標(biāo)為：建設(shè)新線17000公里，其中客運(yùn)專線7000公里，建設(shè)既有線復(fù)線8000公里，既有線電氣化改造15000公里。值得關(guān)注的是，鐵路方面的投資只是我國整個(gè)交通投資的一部分。據(jù)2007年10月國務(wù)院常務(wù)會(huì)議原則通過的《綜合交通網(wǎng)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年前，我國將重點(diǎn)構(gòu)建“五縱”、“五橫”綜合運(yùn)輸大通道和4條國際運(yùn)輸通道，建設(shè)成42個(gè)全國性綜合交通樞紐，總投資10萬億元以上。因此，2萬億元鐵路項(xiàng)目投資應(yīng)該是整個(gè)規(guī)劃中的基建投資中的一部分。但在目前將其提速，反映出政府期望以此來改變目前內(nèi)需不振對(duì)宏觀經(jīng)濟(jì)的影響，使我國經(jīng)濟(jì)增長能夠擺脫對(duì)外貿(mào)的過度依賴，從而減小金融危機(jī)對(duì)我國的沖擊[4]。我國地勢西高東低，自西向東逐級(jí)下降，形成一個(gè)層層降低的階梯狀斜面，成為我國地貌總輪廓的顯著特征。我國是一個(gè)多山的國家，山地占全國總面積的1/3。從最西的帕米爾高原到東部的沿海地帶，從最北的黑龍江畔到南海之濱，大大小小的山脈，縱橫交錯(cuò)，構(gòu)成了我國地貌的骨架，控制著地貌形態(tài)類型空間分布的格局。如果把分割的高原、盆地中崎嶇不平的山地性高原、丘陵性高原、方山丘陵性盆地包括在內(nèi)，連同起伏和緩的丘陵合計(jì)來算，廣義的山地約占全國陸地總面積的65%。所有這些對(duì)我國基礎(chǔ)建設(shè)所面臨的巖土工程提出了很高的要求與挑戰(zhàn)。

巖土工程作為一門基礎(chǔ)學(xué)科既有豐富的理論內(nèi)涵，又有很強(qiáng)的工程實(shí)用性，它與結(jié)構(gòu)工程一樣，都是以傳統(tǒng)固體力學(xué)為主干支撐的，巖土力學(xué)與工程的核心問題是工程地質(zhì)學(xué)和非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。但是，如希望巖土工程只依靠經(jīng)典力學(xué)手段來解決其復(fù)雜的具體問題，則往往是不可能的,也是不現(xiàn)實(shí)的。巖土體介質(zhì)充滿著不確定性(含隨機(jī)性和模糊性)和不確知性，還有信息不完全性[5]。

眾所周知,巖土工程涉及若干學(xué)科,具有復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,很多東西我們還弄不清楚整個(gè)理論處于半經(jīng)驗(yàn)半理論階段。因此,特別需要加強(qiáng)巖土工程界的技術(shù)創(chuàng)新工作。1)政府和企業(yè)要加大對(duì)巖土工程界科學(xué)研究的投入,提高巖土工程界的整體素質(zhì),遏制住巖土工程中的質(zhì)量下滑現(xiàn)象。巖土工程的重要性和占總投資的比例(約1/4~1/3)應(yīng)該引起重視。為了不出事故,有的項(xiàng)目浪費(fèi)驚人。除了法規(guī)和管理以外,重點(diǎn)還是科研投入問題。2)要組織大量的、富于犧牲精神的工程地質(zhì)學(xué)家、結(jié)構(gòu)工程專家和力學(xué)專家來共同研究巖土工程問題,要有理論突破,要總結(jié)一套具有中國特色的巖土工程理論。3)要十分重視結(jié)合工程,解決工程中提出的技術(shù)問題,為工程服務(wù)。其基本點(diǎn)是要與工程結(jié)合。4)要大力加強(qiáng)工程現(xiàn)場的測試和數(shù)據(jù)研究分析工作。希望以后能看到更多的測試數(shù)據(jù)分析的論文。5)要狠抓巖土工程界的計(jì)算機(jī)應(yīng)用。我國整個(gè)巖土工程界的軟件市場還不夠好,軟件應(yīng)用混亂,真正權(quán)威性的通用軟件甚少。一方面,要加強(qiáng)軟件的研制和開發(fā),搞好軟件技術(shù)創(chuàng)新;另一方面,要加強(qiáng)軟件市場的管理和規(guī)范,更好地為工程服務(wù)。6)要注重巖土工程人才的培養(yǎng)?，F(xiàn)在巖土工程企業(yè)中,估計(jì)只有20%的單位有巖土工程師。巖土工程人才的缺乏和“斷層”已十分明顯。同時(shí),由于工作艱苦等各方面的原因,又造成人才外流。要搞巖土工程的技術(shù)創(chuàng)新,除了大量培養(yǎng)博士、碩士以外,還要加強(qiáng)技術(shù)工人和工長的培訓(xùn)。要克服“昨天是農(nóng)民,今天是工人”的現(xiàn)象。7)要適當(dāng)引進(jìn)國外先進(jìn)設(shè)備。但要特別注意不能只引進(jìn)設(shè)備和“產(chǎn)品”,不引進(jìn)技術(shù)。要全面掌握關(guān)鍵技術(shù),能夠改進(jìn)和創(chuàng)新進(jìn)而出中國產(chǎn)品[6]。

創(chuàng)新只能通過腳踏實(shí)地，勤奮刻苦地學(xué)習(xí)，把不同學(xué)科和不同領(lǐng)域的知識(shí)不斷融入巖土工程學(xué)科去實(shí)現(xiàn)。創(chuàng)新之苗只能從地上長出來，不會(huì)從天上掉下來！“地上”就是迄今為止前人研究成果的總和[7]。

4 生態(tài)保護(hù)在巖土工程的重要性

保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境是全國人民面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。如何搞好我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)，學(xué)習(xí)和研究鄧小平江澤民同志關(guān)于生態(tài)環(huán)境建設(shè)思想，具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義[8]。

城市是人類活動(dòng)高度集中的場所，是人類生存和發(fā)展以及對(duì)資源、商品和服務(wù)的主要消費(fèi)場所和集散地。隨著城市化進(jìn)程的逐步加快，經(jīng)濟(jì)快速增長，與之相隨的是生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題，如交通堵塞、污染加劇、能源緊張等，城市環(huán)境的優(yōu)劣直接影響到居民的生活質(zhì)量和城市功能的發(fā)揮。在這種的形勢下，生態(tài)城市理念在我國得到迅速發(fā)展。生態(tài)城市是按生態(tài)學(xué)原理建立起來的一種社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，物質(zhì)、能量、信息高效利用，基礎(chǔ)設(shè)施完善、布局合理，生態(tài)良性循環(huán)的人類聚居地，即高效、和諧的人類環(huán)境。生態(tài)城市倡導(dǎo)社會(huì)文明安定、經(jīng)濟(jì)高效、生態(tài)環(huán)境和諧。我國正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與工業(yè)化進(jìn)程中，據(jù)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)律顯示，當(dāng)一個(gè)國家或地區(qū)的人均GDP 處于1000-3000 美元的發(fā)展階段，將面臨最為嚴(yán)峻的人口、資源與環(huán)境等瓶頸因素的約束。我國正處于該階段，多數(shù)城市正面臨著如何可持續(xù)發(fā)展的問題。特別是我國西部地區(qū)，西部大開發(fā)，使西部城市面臨難得的機(jī)遇；同時(shí)由于生態(tài)環(huán)境的脆弱，如何發(fā)展西部城市的同時(shí)有效避免生態(tài)破壞與環(huán)境污染，已是現(xiàn)階段城市建設(shè)的一個(gè)重要問題[9]。

青藏高原素有“世界屋脊”“地球第三極”之稱，是我國的“江河源”。在青藏高原這種原始獨(dú)特、脆弱、敏感的生態(tài)環(huán)境中修建鐵路，必須有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，這是青藏鐵路建設(shè)的重要任務(wù)，也是國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。交通體系是青藏高原社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。為了避免由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展而引起的生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢,建設(shè)高效率、低消耗、低污染的青藏鐵路成為該地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性設(shè)施之一。青藏鐵路的建設(shè)將為青藏高原的生態(tài)環(huán)境的改善做出有益的貢獻(xiàn)。

“生態(tài)脆弱”是青藏鐵路建設(shè)面臨的主要難題之一，青藏鐵路沿線生態(tài)環(huán)境具有特殊性、敏感性、脆弱性和區(qū)域差異性等特征，因此，在青藏鐵路的設(shè)計(jì)和建設(shè)中采取了多種有效的工程措施對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，監(jiān)測結(jié)果表明青藏鐵路建設(shè)環(huán)境保護(hù)在中國重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目中處于領(lǐng)先水平.在青藏鐵路的建設(shè)中，全面貫徹了環(huán)境保護(hù)法規(guī)，明確了環(huán)保設(shè)計(jì)原則，開創(chuàng)了環(huán)保管理新模式，實(shí)現(xiàn)了高海拔植被保護(hù)新突破，創(chuàng)造了野生動(dòng)物保護(hù)新經(jīng)驗(yàn)，防止了鐵路沿線水土流失，確保了江河湖泊不受污染。經(jīng)青海、西藏兩省區(qū)環(huán)保部門監(jiān)測結(jié)果顯示，青藏鐵路建設(shè)對(duì)河流水質(zhì)無明顯影響，凍土環(huán)境未出現(xiàn)明顯改變，沿線野生動(dòng)物遷徙條件和鐵路兩側(cè)自然景觀未受破壞，沼澤濕地環(huán)境得到了有效保護(hù)。國家環(huán)?？偩值炔块T多次檢查后認(rèn)為，青藏鐵路建設(shè)環(huán)境保護(hù)在中國重點(diǎn)工程建設(shè)項(xiàng)目中處于領(lǐng)先水平，具有示范意義[10]。

5 結(jié)論

通過以上的論述可得出：為了更好的完善巖土工程學(xué)科，必須堅(jiān)定不移地走創(chuàng)新的道路；為了使人類與自然更和諧地發(fā)展，使人類和自然到達(dá)雙贏，巖土工程的發(fā)展也應(yīng)該融入生態(tài)發(fā)展觀。

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