基于環(huán)境巖土工程的問題探討

左志榮

（西安創(chuàng)新學(xué)院 建工系，陜西 西安 710100）

基于環(huán)境巖土工程的問題探討

左志榮

（西安創(chuàng)新學(xué)院 建工系，陜西 西安 710100）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，巖土工程在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用和地位隨之加強(qiáng)，巖土工程的應(yīng)用步伐也隨之加快，相應(yīng)的各類巖土問題逐漸顯現(xiàn)出來，人們也越來越意識(shí)到人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響：水土流失、森林草地的破壞、氣候失調(diào)、水源短缺、污染嚴(yán)重、垃圾成災(zāi)等等一系列環(huán)境問題導(dǎo)致了巖土承載力下降，各種巖土問題如何解決已經(jīng)成為當(dāng)前的熱點(diǎn).本文研究分析了多種環(huán)境巖土問題，并對(duì)環(huán)境巖土工程進(jìn)行了展望.

環(huán)境；巖土工程；存在問題；展望

巖土問題是環(huán)境巖土工程問題的重點(diǎn)研究對(duì)象，通過巖土的組成、受力性能等的分析，利用科學(xué)、經(jīng)濟(jì)等措施，在滿足環(huán)保和巖土的承載能力的前提下解決巖土問題，以得到先進(jìn)的技術(shù)為環(huán)境巖土工程服務(wù).

1 環(huán)境巖土工程的產(chǎn)生

環(huán)境巖土工程學(xué)是因?yàn)槿祟愔匾暛h(huán)境問題而逐步發(fā)展起來的，它是環(huán)境科學(xué)與巖土工程互相交叉的結(jié)果.環(huán)境巖土工程直觀上還是容易理解，但給它下定義還是比較困難的，在不同著作中有不盡一致的論述.尤其是同期出現(xiàn)的”環(huán)境地質(zhì)學(xué)”、“環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)”和“綠色巖土工程”等分支學(xué)科，在有些問題上具有交叉性，引起一些爭(zhēng)論.環(huán)境巖土工程學(xué)的創(chuàng)始人，美國麻省大學(xué)方曉陽認(rèn)為，環(huán)境巖土工程學(xué)是跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，它覆蓋了在大氣圈、水圈、巖石圈以及地質(zhì)微生物圈等多種環(huán)境下土和巖石及其相互作用的問題，主要是研究在不同環(huán)境周起作用下水土系統(tǒng)的工程性質(zhì).

2 環(huán)境巖土工程的領(lǐng)域

環(huán)境巖土工程學(xué)研究的領(lǐng)域比較廣泛.環(huán)境巖土工程的研究內(nèi)容大致分為三個(gè)領(lǐng)域：

(1)環(huán)境工程.指用巖土工程的方法來抵御由于天災(zāi)引起的環(huán)境問題，如抗沙漠化、洪水、滑坡、地震、火山、海嘯等；

(2)環(huán)境衛(wèi)生工程.指用巖土工程的方法來抵御由各種化學(xué)污染引起的環(huán)境問題，如城市各種廢棄物的處理、污泥的處理等：

(3)人類工程活動(dòng)引起的環(huán)境問題.如深基坑開挖引起地面沉降、邊坡位移，地下隧道掘進(jìn)時(shí)對(duì)地面建筑物的影響，在密集的建筑群打樁時(shí)由于擠土、振動(dòng)、噪音等對(duì)周圍環(huán)境的影響.

3 環(huán)境巖土工程中常見問題

除了我們目前經(jīng)常進(jìn)行的地質(zhì)災(zāi)害的治理之外，環(huán)境巖土問題可能將的未來巖土工程發(fā)展的一個(gè)重要方向.我們把環(huán)境巖土問題歸納為，人類工程與周邊巖土環(huán)境產(chǎn)生不和諧對(duì)抗的問題，人類工程對(duì)巖土環(huán)境的不適當(dāng)改變，導(dǎo)致巖土環(huán)境對(duì)人類的懲罰.概括起來分為以下幾類：

3.1 巖土資源的超量開采.在許多國家，地下水管理制度都是從零起步發(fā)展到現(xiàn)在的程度，最大的變化是由一味地強(qiáng)調(diào)資源的開發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)資源的管理，并提高了地下水系統(tǒng)的利用效率.許多重要含水層的地下水開采量都超過了含水層系統(tǒng)的允許開采量，通常稱為“過度開采”.當(dāng)實(shí)際抽水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于允許開采量時(shí)，也存在同樣的情況.例如，澳大利亞在2000年調(diào)查了全國的538個(gè)地下水管理單位，其中57個(gè)的抽水率超過了長期的開采量.水資源管理者正在不斷尋求解決減小開采量的方案，在某種程度上是一種“可持續(xù)發(fā)展”.對(duì)于大量的巖土資源我們不能盲目開采，應(yīng)遵循四為原則：規(guī)劃為先，為巖土資源管理提供科學(xué)決策，節(jié)約集約為魂，為巖土資源管理拓展空間，市場(chǎng)為要,為巖土資源管理注入活力，制度為本，為巖土資源管理提供保障.

3.2 地下作業(yè)導(dǎo)致地面沉降.近年來,隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展,地面沉降對(duì)城市建設(shè)的影響日益顯著.它分布廣,最集中于城市范圍內(nèi),其變化過程一般不易被人察覺,但危害性相當(dāng)大.它能造成鐵路中斷、建筑物開裂、市政設(shè)施破壞、海水入侵等,其嚴(yán)重后果已引起了人們的高度重視.例如，西安市的地面沉降主要發(fā)生在城區(qū)和近郊區(qū).從1959年開始大范圍的水準(zhǔn)測(cè)量以來，截止2003年，累積沉降量超過200mm的范圍，西起魚化寨，東到紡織城，南抵三爻村，北至辛家廟，面積為145.5平方千米.西安市區(qū)地面沉降，主要是過量開采承壓水引起水位大幅度下降導(dǎo)致開采層段地層失水壓密造成的，其次是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)引起的沉降.地面沉降的持續(xù)發(fā)展加劇了西安地裂縫的活動(dòng)，給西安市的市政設(shè)施及城市建設(shè)造成很大危害，因此有效地控制地面沉降已成為一項(xiàng)非常緊迫的任務(wù)，具體措施：首先理順了地面沉降防治的管理體制，其次進(jìn)一步明確了地面沉降危險(xiǎn)性評(píng)估制度，再次明確加強(qiáng)對(duì)建筑施工中的深基坑設(shè)計(jì)與施工管理，最后明確了對(duì)違法行為的處罰.

3.3 由于城市發(fā)展引起的巖土工程問題城市垃圾 (包括工業(yè)廢棄物)的衛(wèi)生填埋和處置一直是環(huán)境巖土工程研究的主要內(nèi)容，巖土工程十分關(guān)注對(duì)于廢棄物填埋場(chǎng)、過去工業(yè)活動(dòng)造成污染土地的除污措施.歐美等發(fā)達(dá)國家都有一整套填、埋場(chǎng)的規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)和運(yùn)行規(guī)范.與此同時(shí)，將工業(yè)廢棄物如：粉煤灰、煤矸石等應(yīng)用于工程建設(shè)，既解決了環(huán)境污染問題，又為巖土工程發(fā)展開辟了新的天地.與汽車業(yè)相關(guān)的問題越來越引起環(huán)境巖土工程界的關(guān)注，廢輪胎的處置和再利用已引起了環(huán)境巖土工程界的重視.用廢輪胎作為各種巖土工程用的輕質(zhì)材料，如填加料，可明顯地減少地基或路基沉降，增強(qiáng)地基或路基的整體穩(wěn)定性；由廢舊汽車輪胎生產(chǎn)的橡膠土是一種新的輕質(zhì)多孔隙建筑材料，可以應(yīng)用于包括路堤、擋土結(jié)構(gòu)、山坡填土、地下廠房回填、道路填工、土地開墾在內(nèi)的巖土工程中.在環(huán)境巖土工程領(lǐng)域，這是一個(gè)有著相當(dāng)廣闊前途的發(fā)展方向.

3.4 放射性核廢料和石油儲(chǔ)備引發(fā)的巖土工程問題，近年來以核電利用為代表的核能利用的迅速增長，核廢料處理問題也越來越突出，其永久安全性及其對(duì)地質(zhì)環(huán)境和生物圈的長期影響是人們十分關(guān)注和擔(dān)憂的問題.對(duì)中低放射物，一般采取近地表方式進(jìn)行最終處置；而對(duì)于易燃料，則是采取深地質(zhì)處置方式進(jìn)行最終處置.在地質(zhì)貯置環(huán)境中，在自然和人類活動(dòng)的影響下，要保證處置庫的長期(1~10萬年)安全性，防止被處置的廢棄污染進(jìn)入生物圈并危害人類居住環(huán)境，是環(huán)境巖土工程的重要研究內(nèi)容.在相當(dāng)長一個(gè)時(shí)期內(nèi)，石油和天然氣仍然是重要的基礎(chǔ)能源，一旦能源發(fā)生危機(jī)，將會(huì)破壞經(jīng)濟(jì)發(fā)展，引起社會(huì)的嚴(yán)重動(dòng)蕩.地下能源儲(chǔ)庫是一種平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)都極為安全、穩(wěn)妥的儲(chǔ)存方式，是高度戰(zhàn)略安全的儲(chǔ)庫.就目前來看，地下儲(chǔ)存有巖體(一般為花崗巖)中水封儲(chǔ)存和鹽巖中溶腔儲(chǔ)存等方式.不管那種儲(chǔ)存方式，都必須研究它們和儲(chǔ)存介質(zhì)的作用問題，這也是環(huán)境巖土工程新的研究方向.二氧化碳?xì)怏w的大量排放是全球氣候變暖的元兇，為了解決這個(gè)問題，許多國家已經(jīng)著手開始了將二氧化碳?xì)怏w深埋的研究，這其中很重要的就是涉及二氧化碳?xì)怏w與存儲(chǔ)巖土體介質(zhì)的作用問題.對(duì)環(huán)境巖土工程而言，這也是一個(gè)新的課題.

3.5 氣候變暖引起的巖土工程問題，全球氣候變暖對(duì)人類社會(huì)的影響已經(jīng)在國際上引起了廣泛的關(guān)注.從宏觀上來看，氣候變暖所引起的環(huán)境巖土工程問題有兩個(gè)主要方面：第一凍土問題，近幾十年來，青海高原凍土區(qū)地溫顯著升高、凍結(jié)持續(xù)日數(shù)縮短、最大凍土深度減小、多年凍土面積萎縮、季節(jié)凍土面積增大、凍土下界普遍上升，高原凍土呈現(xiàn)出總體退化趨勢(shì).凍土的空間分布表現(xiàn)為極穩(wěn)定帶向不穩(wěn)定帶轉(zhuǎn)化.凍土的穩(wěn)定性遭到破壞，使得建筑物的結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，路基融化下沉加劇、道路邊坡融凍泥流與滑塌、路基隧道凍脹及冰丘與冰椎等災(zāi)害也有加重的趨勢(shì).就是新開通的青藏鐵路，也不得不考慮若干年后的路基凍融及由此引起的沉陷.第二海平面上升從環(huán)境巖土工程學(xué)的范疇來看，海平面上升，將會(huì)使沿海地區(qū)地下水位上升，引起淺基礎(chǔ)承載力下降，砂土地震液化加劇，建筑物震陷加劇.還會(huì)帶來土壤沼澤化、鹽漬化等一系列問題.需要指出的是，由于海平面上升引起的抵御海水侵襲的防護(hù)設(shè)施（海堤等）的維護(hù)更新、其它市政設(shè)施（沿海城市的防洪堤壩、城市橋梁等）的使用和養(yǎng)護(hù)等越來越引起關(guān)注.

3.6 自然災(zāi)害引發(fā)的巖土工程問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來我國滑坡、泥石流、洪水等自然災(zāi)害有不斷增加的趨勢(shì)，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失.在建設(shè)和諧社會(huì)的歷史背景下，加大自然災(zāi)害的預(yù)防和治理力度，具有更深遠(yuǎn)的意義.全國范圍內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警體系正在逐步建立，地質(zhì)災(zāi)害的防治手段也在不斷加強(qiáng).利用巖土工程的基本原理和技術(shù)手段，有效地對(duì)這些災(zāi)害加以預(yù)報(bào)、預(yù)防和治理，最大限度地減少這些災(zāi)害所帶來的不利影響是環(huán)境巖土工程的重要內(nèi)容.

3.7 礦山開采引發(fā)的巖土工程問題，大規(guī)模的礦山開采引起的環(huán)境巖土工程問題主要表現(xiàn)在：地下開采引發(fā)的地表沉降、坍塌和山體滑坡、崩塌；露天開采造成的地表植被破壞及其引發(fā)的水土流失；采礦爆破作業(yè)誘發(fā)的地震；礦區(qū)排水疏干及礦床開采導(dǎo)致地下水位下降和水資源流失.此外，礦業(yè)固體廢棄物堆置不當(dāng)也會(huì)引發(fā)爐渣場(chǎng)和尾砂庫泥石流、尾礦沙塵暴等環(huán)境巖土工程問題.

4 環(huán)境巖土工程處理方法

現(xiàn)在不少專家在研究巖土環(huán)境的治理問題，主要集中在事后處理之上.其實(shí)環(huán)境巖土的研究工作應(yīng)該首先確立巖土環(huán)境的觀念，明確我們周圍的巖土環(huán)境具有其自身的運(yùn)動(dòng)變遷規(guī)律，我們是尊重其規(guī)律，去利用它，而不是一味強(qiáng)調(diào)征服它改變它，要盡量維護(hù)巖土環(huán)境自身的穩(wěn)定.我們的有些大工程太過于強(qiáng)調(diào)人類的力量了，結(jié)果受到大自然的無情懲罰.

其次，我們應(yīng)把巖土環(huán)境的保護(hù)放在第一位，治理放在第二位.因此，巖土環(huán)境的監(jiān)測(cè)與保護(hù)應(yīng)成為環(huán)境巖土的重要研究對(duì)象.我們?cè)俨荒艿鹊胶铀呀?jīng)污染得不成樣了再來談河的治理一樣來談巖土工程的環(huán)境問題.

最后，我們應(yīng)該把環(huán)境巖土工程的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，不光是要打破目前的部門界限、行業(yè)界限，更重要的是要讓社會(huì)了解環(huán)境巖土工程的重要性，增加這方面的投入，象地質(zhì)災(zāi)害這方面的投入已經(jīng)比較多了，中央臺(tái)還搞了地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào).城市環(huán)境巖土這一塊其實(shí)與大家關(guān)系也很大，我們需要加大宣傳力度.

5 環(huán)境巖土工程現(xiàn)狀及未來

21世紀(jì)，我國進(jìn)入了大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期.從沿海地區(qū)開始，逐步向內(nèi)陸擴(kuò)展，高層建筑、地鐵、道路交通、隧道等等的建設(shè)以及城市化進(jìn)程步伐的加快向環(huán)境巖土工程不斷提出新的挑戰(zhàn).同時(shí)，自然環(huán)境的變化，地震、洪澇災(zāi)害的頻頻發(fā)生，溫室效應(yīng)的加劇，水土流失，土壤退化等大環(huán)境問題，也引發(fā)了一系列新的環(huán)境巖土工程問題.相對(duì)發(fā)達(dá)國家來說，我國的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務(wù).一方面，我國正處于大規(guī)模工程建設(shè)時(shí)期，有許多工程問題需要解決;另一方面，基于可持續(xù)發(fā)展要求，我們面臨嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)與治理工作.在環(huán)境巖土工程問題上，未來幾年應(yīng)重點(diǎn)研究并解決下面幾個(gè)問題.其中，西部問題，包括生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)區(qū)域穩(wěn)定性與地下工程.東部問題，包括大城市地面變形不穩(wěn)定性、懸河化水資源、水環(huán)境等.在一些應(yīng)用方面還急需解決的問題如下：衛(wèi)生填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)問題;大規(guī)模工程建設(shè)的區(qū)域環(huán)境巖土工程問題評(píng)估;城市施工影響環(huán)境巖土工程問題;巖土工程手段在環(huán)境的治理中的應(yīng)用等.

環(huán)境巖土工程作為一門應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)，在自身的發(fā)展中正經(jīng)歷著一個(gè)重要的階段、并面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇.環(huán)境巖土工程學(xué)科發(fā)展方向與土木工程建設(shè)發(fā)展態(tài)勢(shì)密切相關(guān)，它們相互滲透和銜接，巖土工程體制的形成使環(huán)境巖土工程在資源、交通、城鄉(xiāng)建設(shè)、農(nóng)田水利等領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用，我國地域遼闊，工程地質(zhì)復(fù)雜，建設(shè)規(guī)模龐大，工程中遇到的巖土技術(shù)問題多，都是其他國家不能比的，所以更需要一門完整的環(huán)境巖土科學(xué)為工程建設(shè)服務(wù).

〔1〕繆林昌，劉松玉.環(huán)境巖土工程學(xué)概念[M].北京：中國建材工業(yè)出版，2005.

〔2〕方江華，等.對(duì)環(huán)境巖土工程幾個(gè)問題的探討[J].巖土力學(xué)，2005（4）.

〔3〕張志軍.淺談環(huán)境巖土工程[J].山西建筑，2003（4）.

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1673-260X（2010）03-0120-02