當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展

張 棟 華

(山西省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 侯馬　043000)

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當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展

張 棟 華

(山西省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 侯馬043000)

從水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)三方面，介紹了水工環(huán)理論體系的組成部分，并論述了巖土工程核心理論的形成條件，分析了水工環(huán)與巖土工程理論體系的發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀，為我國的現(xiàn)代化建設(shè)提供了理論依據(jù)。

水文地質(zhì)，工程地質(zhì)，環(huán)境地質(zhì)，巖土工程，理論體系

0　引言

水工環(huán)學(xué)科和巖土工程學(xué)科理論體系的核心都是通過原始地質(zhì)的理論革新，形成當(dāng)代高度集成、綜合的水工環(huán)和巖土工程理論體系。兩者在各個(gè)工程的建設(shè)工作中互相滲透，應(yīng)用互補(bǔ)，它們的理論體系一脈相承且不可分割。工程建設(shè)屬性也是水土巖這三者間的內(nèi)在性質(zhì)。

1　構(gòu)成水工環(huán)理論體系的組成部分

1.1水文地質(zhì)

水文地質(zhì)的概念起源于1856年建立的達(dá)西定律，至今已有一個(gè)半世紀(jì)的歷史。我國解放前在水文地質(zhì)方面的研究呈現(xiàn)一片空白，之后，國家成立地質(zhì)學(xué)院，且成立水文地質(zhì)和工程地質(zhì)專業(yè)。20世紀(jì)70年代，其核心理論為科學(xué)的找水理論，其工作遍布全國所有地域。到了80年代，我國將其廣泛的應(yīng)用到各地區(qū)的水資源開采過程。在此之后，開采技術(shù)提高，使我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但也因水資源過度消耗導(dǎo)致環(huán)境變壞，從而使經(jīng)濟(jì)發(fā)展受阻。地質(zhì)環(huán)境問題的出現(xiàn)讓水文地質(zhì)核心理論進(jìn)入生態(tài)水文地質(zhì)這個(gè)新的篇章。

1.2工程地質(zhì)

20世紀(jì)30年代前蘇聯(lián)成立了工程地質(zhì)的核心理論獨(dú)立學(xué)科。

我國的工程地質(zhì)學(xué)科在建國后起步，從無到有的發(fā)展，如今已經(jīng)能夠服務(wù)于我國各大工程項(xiàng)目的建設(shè)工作。人們將這種先進(jìn)的理論應(yīng)用到水利、電力以及各種基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作中，為實(shí)現(xiàn)我國的現(xiàn)代化建設(shè)提供了重要的理論依據(jù)，同時(shí)也對我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到很大的正面作用，提高了人民的生活水平。

1.3環(huán)境地質(zhì)

環(huán)境地質(zhì)的核心理論形成于20世紀(jì)80年代，而我國環(huán)境地質(zhì)方面的工作和世界是同步進(jìn)行的。改革開放后，工程項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)程加快，資源環(huán)境和人口的矛盾逐漸顯現(xiàn)出來。從城市到農(nóng)村，地下水和地表水的水資源受到嚴(yán)重污染，許多地區(qū)出現(xiàn)泥石流等重大自然災(zāi)害，這些方面的問題都對人民的生命及財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生了巨大的威脅。因此，我國要加強(qiáng)對地質(zhì)問題的治理，緩解各種生態(tài)環(huán)境問題。同時(shí)，我國的研究人員也要吸取國外更多的先進(jìn)理論和思想，并同各國的研究人員進(jìn)行交流，改進(jìn)我國研究中的不足之處，讓環(huán)境地質(zhì)的相關(guān)理論更好的服務(wù)于我國的各項(xiàng)建設(shè)工作。

2　巖土工程的核心理論形成

巖土工程自野生動(dòng)物侵襲及人類在洞穴居住躲避風(fēng)雪時(shí)期開始，至今已有數(shù)十萬年的歷史。1863年倫敦建設(shè)地鐵，這段時(shí)期，水電工程和地下的軍防工程有了巨大發(fā)展。1925年太沙基公開發(fā)表了土力學(xué)的著作。而近些年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，巖土工程信息化，航天、電子技術(shù)的應(yīng)用，給巖土工程帶來了新的發(fā)展。改革開放后，我國把工程地質(zhì)環(huán)境和巖土工程結(jié)合起來，形成生態(tài)工程，且在巖體力學(xué)、土力學(xué)、工程和水文的地質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)上，和土木工程相互滲透，如今已經(jīng)成為一門獨(dú)立學(xué)科。通過高新理論和技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用技術(shù)和基礎(chǔ)理論相互促進(jìn)，相輔相成，最終形成一個(gè)完善的綜合體系，并與國際接軌。

3　水工環(huán)理論體系的發(fā)展應(yīng)用

3.1水文地質(zhì)

20世紀(jì)70年代初，水文地質(zhì)方面的研究工作已經(jīng)逐步在我國開展，它把打井找水方面的工作當(dāng)成重點(diǎn)研究內(nèi)容。如今，我國將近400個(gè)城市的生活生產(chǎn)用水來源都是地下水資源。尤其在北方的一些城市，其利用比例占80%～90%，在此之中，地下水占農(nóng)業(yè)用水的38%。二十世紀(jì)七八十年代，水文地質(zhì)的核心理論和應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展，其基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)為全國地下水的資源勘查、保護(hù)與監(jiān)測作出巨大貢獻(xiàn)。

我國水文地質(zhì)的基礎(chǔ)理論超過了實(shí)際的應(yīng)用技術(shù)水平，在20世紀(jì)70年代，各類的水文地質(zhì)規(guī)范就已經(jīng)建立。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)水平的不斷提高，水文地質(zhì)被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。例如，對我國一些湖泊的研究工作中，水文地質(zhì)起到重要作用，相關(guān)的研究人員根據(jù)其理論，對湖泊的沉降現(xiàn)象進(jìn)行理論分析，并取得了突破性的進(jìn)展。經(jīng)研究調(diào)查表明，湖泊沉降量較過去相比有了明顯增長，最后得出了湖泊擴(kuò)大的研究結(jié)論。同時(shí)這個(gè)研究得到我國很多學(xué)者專家的一致好評，并將我國水文研究帶入了新的發(fā)展階段。這一研究的新領(lǐng)域、新途徑如今延伸出新的課題內(nèi)容，如2009年，我國某水文地質(zhì)高工在研究分析洞庭湖的平原區(qū)域地質(zhì)基礎(chǔ)上，闡述了泥沙淤積、構(gòu)造沉降、管涌崩岸及人類工程之間的緊密聯(lián)系，在洪災(zāi)的控制和影響方面，提出了新的思路和對策。

當(dāng)代水文地質(zhì)的理論體系與其他學(xué)科有所交叉，并且被廣泛應(yīng)用。而且，水文地質(zhì)和現(xiàn)代科學(xué)聯(lián)系密切，如控制論、信息論、系統(tǒng)論等，對其發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。數(shù)學(xué)和水文地質(zhì)相結(jié)合，讓模型研究變成水資源方面的主要研究內(nèi)容。例如，應(yīng)用室內(nèi)的模型技術(shù)，而長江三峽等大型項(xiàng)目就是其應(yīng)用實(shí)例。水文地質(zhì)衍生出了很多新的學(xué)科，例如環(huán)境水文、遙感水文、巖溶水文、數(shù)學(xué)水文、污染水文等地質(zhì)學(xué)科。新方法、新技術(shù)的應(yīng)用，加快了水文地質(zhì)這一學(xué)科的發(fā)展，其在城市中的應(yīng)用，為水資源的管理和規(guī)劃作出了重要貢獻(xiàn)。地下水開采不但為住戶提供了充足的生活用水，而且還對各個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境做出了巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)然，人們也要注意對水資源的開采有所節(jié)制，我國雖然各項(xiàng)資源儲(chǔ)備較為豐富，但由于人口基數(shù)較大，導(dǎo)致資源的人均占有量較低。面對這樣的資源現(xiàn)狀，如若人們不能科學(xué)合理的開采地下水資源，將會(huì)對我國日后的發(fā)展產(chǎn)生極大的負(fù)面影響。

3.2工程與環(huán)境地質(zhì)

現(xiàn)代社會(huì)，隨著人們住房等需求的不斷增多，建筑行業(yè)飛速發(fā)展。因此，自然環(huán)境和人類間的矛盾逐漸增多。由于人類的各項(xiàng)建筑活動(dòng)，導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)方面的問題越來越嚴(yán)重。我國所有災(zāi)害中地質(zhì)災(zāi)害所占比例約為35%，而地質(zhì)災(zāi)害又有很多是由人類建筑作業(yè)導(dǎo)致。我國各種地質(zhì)災(zāi)害頻頻發(fā)生是由兩方面因素導(dǎo)致：第一，工程項(xiàng)目安全系數(shù)低；第二，對新、老項(xiàng)目未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的地質(zhì)問題。例如：某銅礦于20世紀(jì)90年代發(fā)生特大事故。為了使庫容增加，在老壩的下方建立一個(gè)新壩，第二年7月突降暴雨，導(dǎo)致庫內(nèi)迅速匯水，水位超出壩頂，而后洪水沖出了壩面形成了三處潰口，而潰口處山洪和尾砂以將近30 m的落差狂瀉而下，致使下游整個(gè)村莊遇難，造成嚴(yán)重人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。這次事故的原因，就是老壩的地基和壩身土體的穩(wěn)定性差，防洪能力差，在設(shè)計(jì)中存在問題，而新壩設(shè)計(jì)中抗洪標(biāo)高也沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這樣一來老壩、新壩都有技術(shù)問題，即地質(zhì)問題。

我國工程地質(zhì)學(xué)科的專家學(xué)者們已經(jīng)解決了很多地質(zhì)方面的問題。如今，這一學(xué)科中的各項(xiàng)理論已經(jīng)逐漸成熟，其先進(jìn)的理論思想被人們廣泛的應(yīng)用到城市的各項(xiàng)工程建設(shè)項(xiàng)目，同時(shí)也為我國的資源開發(fā)、國土規(guī)劃、城市農(nóng)村一體化建設(shè)等做出巨大的貢獻(xiàn)，為解決地質(zhì)災(zāi)害造成的財(cái)產(chǎn)、人身安全問題提供技術(shù)支持。

4　巖土工程理論體系的發(fā)展應(yīng)用

巖土工程漸漸融入土木工程各領(lǐng)域，它是一門邊緣性獨(dú)立學(xué)科，同時(shí)也是由水文及工程地質(zhì)兩個(gè)學(xué)科發(fā)展而來。其核心思想是將兩學(xué)科中的各項(xiàng)理論、技術(shù)等進(jìn)行工程項(xiàng)目中的直接應(yīng)用，而這一應(yīng)用過程中，又與其他學(xué)科進(jìn)行互補(bǔ)、互相滲透，最終變成現(xiàn)在的巖土工程。我國專家學(xué)者經(jīng)過長期研究，對其不斷創(chuàng)新改善，制定出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及制度并成立審查機(jī)構(gòu)。另外，巖土工程要結(jié)合水工環(huán)理論，同時(shí)融入綠色和生態(tài)的資源理念，在地下水開采時(shí)，以混凝土等技術(shù)作為支撐，然后進(jìn)行打壩定樁，從而減少地表水流動(dòng)和地下建筑的沖擊力。巖土工程建筑應(yīng)開發(fā)巖層影響小的部位，避免使用范圍大于承載能力后造成坍塌，避免造成資源的浪費(fèi)，更要避免安全問題的出現(xiàn)。所以巖土工程體系要結(jié)合水工環(huán)體系，最終形成一個(gè)合理科學(xué)的理論體系。

5　結(jié)語

水工環(huán)和巖土工程這兩大學(xué)科皆為地質(zhì)學(xué)科的分支，其目標(biāo)一致，兩者理論體系互為一體，一脈相承，不可分割。我們要將其應(yīng)用發(fā)展，最終解決實(shí)際工程建設(shè)的問題，并且將其理論體系與其他學(xué)科結(jié)合，繼續(xù)創(chuàng)新，形成更加科學(xué)實(shí)用的理論體系，指導(dǎo)工程建設(shè)。

[1]趙晶.當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展[J].黑龍江科技信息,2014(9):58.

[2]王崢,袁慧敏,王尚,等.當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展[J].河南建材,2013(3):161,164.

[3]王媛媛.解析當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展[J].地球,2013(11):61.

[4]逯雁峰.當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2014(31):1675-1676.

[5]陳政治.當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展[A].2010年全國工程勘察學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C].2010:739-746.

[6]魏毅.當(dāng)代水工環(huán)地質(zhì)及巖土工程理論體系應(yīng)用與發(fā)展探討[J].卷宗,2014(11):364-365.

Application and development of current hydrogeology and geotechnical engineering theoretical system

Zhang Donghua

(Shanxi2ndHydrogeologyEngineeringGeologyDepartment,Houma043000,China)

Starting from three aspects of hydrogeology, engineering geology and environmental geology, the paper introduces the components of hydrogeology theoretical system, discusses the forming conditions of critical geotechnical engineering theory, and analyzes development history and application status of hydrogeology and geotechnical engineering theoretical system, which has provided theoretical basis for domestic modernism construction.

hydrogeology, engineering geology, environmental geology, geotechnical engineering, theoretical system

1009-6825(2016)21-0073-03

2016-05-17

張棟華(1986- )，男，工程師

TU412

A