環(huán)境巖土工程研究綜述

■張榮波

（中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)勘查院河南鄭州450011）

環(huán)境巖土工程研究綜述

■張榮波

（中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)勘查院河南鄭州450011）

本文對環(huán)境巖土工程進(jìn)行了定義，并研究了環(huán)境巖土工程的研究內(nèi)容，以及其研究方向和研究方法。

環(huán)境巖土工程問題研究

1　環(huán)境巖土工程的概述

作為一門出現(xiàn)不久的學(xué)科，當(dāng)前在世界范圍內(nèi)對環(huán)境巖土工程還沒有一個公認(rèn)準(zhǔn)確的定義。筆者對其他學(xué)者的觀點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，認(rèn)為環(huán)境巖土工程是以巖土工程的方法原理用于巖土環(huán)境問題解決的一門學(xué)科。環(huán)境巖土工程是巖土工程與環(huán)境保護(hù)的一門交叉學(xué)科，其主要的研究方向是工程巖土體和環(huán)境之間產(chǎn)生的作用，以及相互影響。

2　環(huán)境巖土工程研究的主要內(nèi)容

環(huán)境巖土工程研究的主要內(nèi)容具有實(shí)踐性、綜合性和廣泛性的特點(diǎn)，其研究的內(nèi)容還在不斷的擴(kuò)展。環(huán)境巖土工程的內(nèi)容主要分為環(huán)境工程、環(huán)境衛(wèi)生工程和人類工程活動等三類。

3　環(huán)境巖土工程研究的主要方法

環(huán)境巖土工程的研究方法講究多樣性和互補(bǔ)性。環(huán)境巖土工程總體上屬于巖土工程，但在研究方法上又有一定的區(qū)別。首先，環(huán)境巖土工程要對工程和環(huán)境條件進(jìn)行綜合考慮，這就需要對環(huán)境條件進(jìn)行分析，并分析工程問題的邊界條件。其次，環(huán)境巖土工程除了要使用力學(xué)方法之外，還要對社會科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科進(jìn)行綜合。最后，環(huán)境巖土工程要將地質(zhì)學(xué)與力學(xué)的方法進(jìn)行結(jié)合。

4　環(huán)境巖土工程的研究方向

4.1理論和方法的探索和完善

鑒于環(huán)境巖土工程還是一門新興學(xué)科，在研究的過程中首先要完成對理論和方法的探究和完善。特別是對巖土體在環(huán)境變化影響的性質(zhì)的評價方法、對特殊巖土體的評價、對復(fù)雜巖土體的評價方法等等，科學(xué)的研究方法可以提高信息的準(zhǔn)確性。

4.2對垃圾填埋場進(jìn)行設(shè)計(jì)

我國的城市垃圾的主要處理方式是衛(wèi)生填埋。由于城市垃圾的數(shù)量眾多，且還在不斷遞增，對衛(wèi)生填埋場的設(shè)計(jì)非常重要。當(dāng)前我國眾多中小城市的衛(wèi)生填埋場還存在很多問題，甚至造成二次污染，因此，環(huán)境巖土工程要對垃圾填埋場進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3研究大規(guī)模工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境評估

在建設(shè)規(guī)模達(dá)到一定程度時就必須評估區(qū)域環(huán)境內(nèi)的環(huán)境巖土工程問題。例如研究礦業(yè)工程造成的水土污染問題、廢棄物堆放問題，水利工程造成的巖爆問題、誘發(fā)地震問題、土壤鹽堿化問題，交通工程造成的塌方、次生泥石流和失穩(wěn)等問題。環(huán)境巖土要對大規(guī)模工程進(jìn)行環(huán)境影響評估，作為是否實(shí)施該工程的一個重要參考標(biāo)準(zhǔn)和先決條件。

4.4對城市施工影響進(jìn)行評估

我國的城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，環(huán)境巖土工程要研究新的施工設(shè)備和工藝，以減少城市施工對環(huán)境的影響，以減少城市施工造成的噪音、振動、廢棄物等現(xiàn)象。

4.5在環(huán)境治理方面應(yīng)用環(huán)境巖土工程

環(huán)境巖土工程要在環(huán)境治理中發(fā)揮應(yīng)有的作用，例如工業(yè)化污染（如化工廠）場地的治理、荒漠化的治理、鹽漬土的改良、地面沉降的控制、礦業(yè)采空區(qū)的再利用等等。對于我國當(dāng)前的發(fā)展需要而言，環(huán)境巖土工程要在這些方面進(jìn)行研究，在巖土工程和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

5　環(huán)境巖土工程的課題研究

5.1對地下水滲流以及污染源遷移進(jìn)行研究

在地下水滲流問題的研究中，其研究要點(diǎn)在于是否對多孔介質(zhì)材料的滲流固結(jié)問題進(jìn)行考慮。如果對固結(jié)因素進(jìn)行考慮，則要在研究中引進(jìn)流-固耦合作用以及多孔介質(zhì)材料的本構(gòu)行為，則會使研究變得更為復(fù)雜。然而在實(shí)際研究中，要研究地下水過度抽取而引起的地面變形問題，就必須研究滲流固結(jié)。環(huán)境巖土工程要對非飽和的滲流固結(jié)問題進(jìn)行研究。在污染源遷移問題的研究中，要對流體攜帶的污染物的擴(kuò)散和分布規(guī)律進(jìn)行研究。對于非化學(xué)活性物質(zhì)的污染物，不用對其化學(xué)成分的轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究的情況下，要使用流體力學(xué)中關(guān)于對流擴(kuò)散的方法來對污染源的遷移進(jìn)行研究。以垃圾處理廠為例，在降雨的催化下垃圾的堆放會造成污染源滲入地下，造成污染源的遷移擴(kuò)散。當(dāng)前在處理污染源遷移問題的過程中還有很多研究工作要做。

5.2對地面沉降變形的評估以及整治進(jìn)行研究

地面沉降變形的原因有很多，其中過度開采地下水是一個主要原因。環(huán)境巖土工程要對地面沉降變形進(jìn)行評估和整治研究，研究其成因機(jī)制，并進(jìn)行模擬計(jì)算。更重要的是，地面沉降變形不僅會危害地面建筑物，更會對地下結(jié)構(gòu)物和地下生命線工程造成很大的破壞。這是由于土體-結(jié)構(gòu)相互作用會對地下結(jié)構(gòu)物和地下生命線工程的結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生高強(qiáng)度的附加應(yīng)力，造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。因此環(huán)境巖土工程要著眼于對地面沉降變形對地下管網(wǎng)設(shè)施和地下結(jié)構(gòu)物的危害研究。該研究的關(guān)鍵就在于從土體-結(jié)構(gòu)相互作用出發(fā)，研究結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以提高對未來水文地質(zhì)條件下地面沉降變形情況的預(yù)測能力，以及對地面沉降變形對地下工程設(shè)施的影響進(jìn)行評估，以此作為工程防控措施的參考。

5.3對地下結(jié)構(gòu)工程施工安全性進(jìn)行研究

地下結(jié)構(gòu)工程也是環(huán)境巖土工程的一個重要的研究課題。實(shí)施地下結(jié)構(gòu)工程必須具備一定的初始應(yīng)力，并在特定的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境中進(jìn)行。因此，地下結(jié)構(gòu)工程與地面工程在施工力學(xué)上很大的不同，其材料力學(xué)模量具有不確定性、加荷形式具有模糊性，在圍巖體和土體的本構(gòu)行為方面，以及巖土體與結(jié)構(gòu)相互作用方面都比地面工程要復(fù)雜。這也是地下結(jié)構(gòu)工程預(yù)見性差、風(fēng)險性大的主要原因。

5.4對邊坡穩(wěn)定性和工程的防治措施進(jìn)行研究

環(huán)境巖土工程通過對工程實(shí)例進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和理論分析，可以總結(jié)出整治邊坡土體滑坡的經(jīng)驗(yàn)與方法，以此作為分析和整治邊坡巖土體的滑坡情況的依據(jù)和參考。環(huán)境巖土工程還要在工程技術(shù)手段方面進(jìn)行研究，創(chuàng)造出更為科學(xué)和實(shí)用的技術(shù)，以及提供與之相適應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。當(dāng)前使用比較廣泛、效果比較好的現(xiàn)場攪拌樁技術(shù)、錨固技術(shù)等都與環(huán)境巖土工程的研究有關(guān)。

5.5對深基礎(chǔ)抗震和樁基-土體共同作用進(jìn)行研究

樁基在工程建設(shè)中的使用非常頻繁，這主要是由于樁基的承載力強(qiáng)、抗震性能強(qiáng)，并且可以對不均勻沉降進(jìn)行有效的控制。然而對群樁-上部結(jié)構(gòu)-承臺產(chǎn)生的共同作用力進(jìn)行力學(xué)分析卻并不容易，這是由于土體力學(xué)行為具有多相性、流變性以及非線性的特點(diǎn)。因此要對群樁的極限承載力、基礎(chǔ)沉降量以及抗震性進(jìn)行分析，就必須突破土體-承臺-群樁的共同作用力，從而對工程造價進(jìn)行控制。該方面的課題研究并不容易，如果嚴(yán)格按照樁基規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在實(shí)際操作中往往會遇到問題，而且地區(qū)之間巖土工程存在較大的差異性，這都給環(huán)境巖土工程的研究帶來了一定的困難。

［1］白彥光，武勝忠，彭彥彬.環(huán)境巖土工程的內(nèi)容和特點(diǎn) ［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報，2013 （1）：88.

［2］蔣建平，章楊松，羅國煜.環(huán)境巖土工程有關(guān)問題探討 ［J］.世界地質(zhì)，2012（2）：223.

P62［文獻(xiàn)碼］ B

1000-405X（2016）-8-482-1