低應(yīng)力條件下的巖土工程及防災(zāi)減災(zāi)問題

何俊鋒 李加強 廖恒

摘 要：現(xiàn)階段，學(xué)者在巖土工程的研究多集中在中、高應(yīng)力條件下土石料的運行狀態(tài)，相比之下，對低應(yīng)力條件下的巖土工程研究較少。對不同應(yīng)力條件下的巖土工程做比較可發(fā)現(xiàn)，低應(yīng)力條件的土石料計算參數(shù)與中、高應(yīng)力條件的計算參數(shù)是一致的，但在土石料的強度和變形上存在差異，因此，需要對當(dāng)前低應(yīng)力條件下的巖土工程有所研究。本文以葛洲壩為研究對象，分析低應(yīng)力條件下的巖土工程構(gòu)造以及防災(zāi)減災(zāi)問題的探析，試圖提高葛洲壩防洪的能力，鞏固堤壩建設(shè)。

關(guān)鍵詞：低應(yīng)力；巖土工程；防災(zāi)減災(zāi)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.090

在水利水電工程的建設(shè)中，涉及的巖土工程面較廣，從葛洲壩的巖土工程建設(shè)來看，主要涉及壩基、堤防、邊坡以及土石壩等構(gòu)筑物上，而要保證這些土質(zhì)構(gòu)筑物的穩(wěn)定性和安全性需要從抗滑穩(wěn)定性、變形量以及液化評價方面出發(fā)，此外，還要對低應(yīng)力條件下的土石料的參數(shù)進行取值，這樣才能基本保證堤壩的使用質(zhì)量。

1 低應(yīng)力條件下的巖土工程概述

為了得出系統(tǒng)的關(guān)于低應(yīng)力條件下的巖土工程方面的總結(jié)，需要對低應(yīng)力條件下的巖土工程進行研究，當(dāng)前關(guān)于低應(yīng)力條件下的巖土工程的研究主要體現(xiàn)在以下幾個方面上：

1.1 開發(fā)月球資源

在關(guān)于月球資源的探測上需要用到低應(yīng)力條件下的巖土技術(shù)，月球的探測一直是我國進行太空探測工作的重要組成部分，在月球的探測上主要是對月壤的探測，研究月壤的巖土性質(zhì)，對月球的開發(fā)以及月球構(gòu)筑物的設(shè)計具有顯著的作用。并且由于月球處于地球的外太空環(huán)境中，因此其月壤的巖土性質(zhì)存在差異，考慮月球的重力加速度以及月球的引力來對巖土的應(yīng)力條件作出具體的分析，是低應(yīng)力條件下巖土工程的研究重點。

1.2 探討土工建筑物上淺層土的特質(zhì)

由土石壩構(gòu)建的模型圖可知，抗震能力較弱的部位是壩坡和壩頂，因此，振動較大時，壩坡會出現(xiàn)淺層土質(zhì)的滑落現(xiàn)象，此現(xiàn)象與低應(yīng)力條件下的巖土工程性質(zhì)有關(guān)。由葛洲壩為實例進行分析，地震發(fā)生時，滑坡現(xiàn)象出現(xiàn)最明顯的地方是堤防和土石壩，滑坡深度在6m左右，上部的應(yīng)力有效值小于100Kpa，并且地震發(fā)生時由于滑坡會造成堤壩水位下降，減弱其防洪能力。此外，對高鐵的路基建設(shè)同樣需要考慮振動因素，對路基的變形和穩(wěn)定的分析是低應(yīng)力工程的研究方向[1]。

1.3 關(guān)于地基液化方面

地震發(fā)生時，大多數(shù)的震害與地基液化有關(guān)系，由收集整理的資料來看，在低應(yīng)力條件小于100Kpa的情況下，地基發(fā)生液化主要在上覆，小部分的液化發(fā)生在100-149Kpa應(yīng)力值之間，在149Kpa以上的應(yīng)力條件下液化現(xiàn)象較少發(fā)生，從葛洲壩的數(shù)據(jù)資料來看，當(dāng)砂層上部的有效應(yīng)力超過93Kpa時，砂層不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象，而砂層不超過88Kpa時則發(fā)生液化現(xiàn)象，因此可知，地基液化與上覆的應(yīng)力值有密切的關(guān)系，低應(yīng)力條件下易發(fā)生液化。

1.4 對實驗結(jié)果的解析

低應(yīng)力條件下的土石料性質(zhì)的掌握是源于對壩體或地基的淺層原位現(xiàn)場實驗結(jié)果得出的結(jié)論，土石壩的實驗需要利用現(xiàn)場取樣運載的方式送到實驗室，要求滿足實驗室進行實驗的密度條件。由于土石壩覆蓋層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，原位效益突出，導(dǎo)致原狀樣不明顯。所以，對土石壩的實驗可采取原位實驗的方式分析巖土工程的性質(zhì)，因為模型無論如何成熟都不能與原型完全吻合，原型除了需要對中、高應(yīng)力條件下的土石料性質(zhì)把握，還需要對低應(yīng)力條件下的土石料性質(zhì)有所了解。

2 促進防災(zāi)減災(zāi)工作的巖土工程分析

2.1 對壩堤與河道進行勘測與研究

葛洲壩要提高防災(zāi)減災(zāi)水平，需要對低應(yīng)力條件下的巖土工程有所研究，尤其是其低應(yīng)力在防震以及地基液化現(xiàn)象等方面的研究，這樣才能做好防災(zāi)減災(zāi)的巖土工作。巖土工程在葛洲壩的防災(zāi)減災(zāi)的中，首先需要組織巖土工程和地質(zhì)工程方面的專家對干堤、堤基、河床、河道以及周圍的地層進行勘測和分析，掌握關(guān)于葛洲壩巖土方面的第一手資料，然后結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況確定加固的堤壩段、維修段以及修筑段。清理疏通河道，提供通暢的渠道，完善監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)[2]。

2.2 增強對堤防工程的基礎(chǔ)性研究

對葛洲壩的防災(zāi)減災(zāi)問題進行研究，需要增強對堤防工程的基礎(chǔ)性研究，將洪水以及堤壩的共同作用機理放在一起分析，具體包括高水位下的滲透工程、堤防工程的砂土液化以及水流管涌產(chǎn)生的條件。此外還應(yīng)包括對壓浸臺和河流動力模型的研究分析，研究基礎(chǔ)性堤防工程的受力穩(wěn)定以及基本形態(tài)，為制定防災(zāi)減災(zāi)措施提供理論支持。

2.3 提高對新技術(shù)、新材料的研究使用

在防災(zāi)減災(zāi)問題的巖土工程研究上，應(yīng)該增強對新技術(shù)、新材料的使用，包括對新的堤壩結(jié)構(gòu)、土質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面的研究，同時更新巖土勘測的設(shè)備和勘測技術(shù)，保證及時、快捷的檢測堤壩的各項結(jié)構(gòu)。同時加快對土石合成材料研究的步伐，提高防滲透的技術(shù)，如采用泥漿槽制作連續(xù)墻、鋪塑技術(shù)以及旋噴等方法，做好葛洲壩的加固和治理工作。

2.4 做好對水泡構(gòu)筑物的安全評價和治理

葛洲壩的防災(zāi)減災(zāi)工作的措施除了前期的勘測和加固工作外，還要包括對水泡構(gòu)筑物進行合理的安全評價和治理，提高對水泡建筑物的安全評價能力和整治技術(shù)，首先需要確定水泡和水毀的建筑物體，然后對此展開安全評價，根據(jù)不同的安全因素展開具體的整治措施，提高葛洲壩應(yīng)對災(zāi)害的能力。對不利于葛洲壩實際工作的構(gòu)筑物進行重新修筑和恢復(fù)，對破損一般的建筑物實行維修和加固措施，從而提高堤壩的安全系數(shù)。

2.5 加大對堤壩巖土工程的研究力度

就葛洲壩的巖土工程來說，其研究的力度是不夠的，今后的工作開展應(yīng)針對低應(yīng)力條件下的巖土工程展開具體的研究，進而從巖土工程著手提高防災(zāi)減災(zāi)的能力和水平。在地理信息系統(tǒng)、沿江堤防以及河道的地層信息系統(tǒng)上加大開發(fā)力度，同時巖土專家要建立關(guān)于該地質(zhì)的信息管理系統(tǒng)，以便隨時進行地質(zhì)的查看和研究。

3 總結(jié)

低應(yīng)力條件下的巖土工程是當(dāng)前巖土工程研究的主要方向，同時，做好葛洲壩的防災(zāi)減災(zāi)工作、研究堤壩的防災(zāi)減災(zāi)問題都離不開對低應(yīng)力條件下的巖土工程的研究，需要巖土工程學(xué)者加大低應(yīng)力條件下巖土工程及防災(zāi)減災(zāi)問題的研究力度，提高堤壩防災(zāi)減災(zāi)的能力和水平。

參考文獻：

[1]欒茂田，劉功勛，郭瑩等.復(fù)雜應(yīng)力條件下原狀飽和海洋黏土孔壓與強度特性[J].巖土工程學(xué)報，2011，33（01）：150-158.

[2]大會組委會.第五屆全國環(huán)境巖土工程與土工合成材料學(xué)術(shù)研討會一號通知[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報，2018（01）.