對環(huán)境巖土工程研究重點及發(fā)展趨勢的探討

燕全志，吳家才，李進國

（1.東營市建設(shè)工程施工圖審查中心，山東東營257091；2.山東眾成地產(chǎn)集團有限公司，山東東營257091；3.山東省東營市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，山東東營257091）

1 環(huán)境巖土工程的研究內(nèi)容

環(huán)境巖土工程的研究內(nèi)容主要包括三類：環(huán)境工程、環(huán)境衛(wèi)生工程和人類引起的環(huán)境問題。環(huán)境工程指利用巖土工程的方法解決自然原因引起的環(huán)境問題，如抗滑坡、沙漠化、洪水、地震、海嘯、火山等；環(huán)境衛(wèi)生工程指解決化學(xué)污染等原因引起的環(huán)境問題，如城市廢棄物處理、污泥處理等；人類引起的環(huán)境問題主要為工程活動引發(fā)的問題，如打樁時擠土、噪音等對周邊建筑物的影響、隧道開挖對地上建筑的影響等。

2 環(huán)境巖土工程研究方向

2.1 衛(wèi)生填埋場設(shè)計

有數(shù)據(jù)顯示，我國每年城市生活垃圾高達6000萬噸，且仍以每年10%的速度激增。而國內(nèi)現(xiàn)有垃圾處理方式主要為填埋，但除個別填埋場經(jīng)過完善的設(shè)計、施工、維護外，絕大多數(shù)中垃圾填埋場處理較為簡單甚至未經(jīng)處理，從而成為新污染源。針對此類問題，借鑒先進國家的成功經(jīng)驗，制定國家強制性標準，研究、設(shè)計、建設(shè)適合我國國情、社情的衛(wèi)生填埋場，以避免二次污染迫在眉睫。

2.2 大規(guī)模工程建設(shè)區(qū)環(huán)境巖土工程評估

對大規(guī)模工程，需在充分進行環(huán)境影響評估的基礎(chǔ)上，論證是否施工方案。

2.3 城市施工影響環(huán)境巖土工程問題

由于土力學(xué)和土體工程性質(zhì)的復(fù)雜性，加強對施工工藝的研究具有重要的現(xiàn)實意義，但國內(nèi)對這一問題的研究尚不深入，理論研究與工程實際也未能較好的結(jié)合。因此隨著對于更精確研究結(jié)果的需求愈加迫切，加強校企合作、產(chǎn)學(xué)研合作，在施工工藝與設(shè)備上加強研究，將成為解決環(huán)境影響問題的重要研究方向。

3 環(huán)境巖土工程研究主要課題

3.1 地下水滲流與污染源遷移

研究地下水滲流問題，應(yīng)當選擇是否考慮多孔介質(zhì)體材料的滲流固結(jié)。當考慮滲流固結(jié)時，會涉及多孔介質(zhì)的本構(gòu)行為和流固耦合作用，從而使問題趨于復(fù)雜。但在對過量抽取地下水引起地面變形的研究中，滲流固結(jié)卻是研究的主要方面。關(guān)于污染源遷移的研究主要集中于流體攜帶污染物的分布及擴散規(guī)律[1]。

3.2 地下水開采引起的地面變形危害評估與整治措施

由于過量抽取地下水引起的地面豎向沉降與水平位移是在較大空間內(nèi)發(fā)生的變形，在一般情況下，這種變形較為均勻，對地面建筑物的危害相對于地下生命線工程較小，前者更多的為絕對標高的變化，而后者由于土體-結(jié)構(gòu)相互作用而會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部引起較大附加應(yīng)力乃至強度破壞、甚至釀成更大的工程事故[2]。所以，研究地下水開采引起的地面變形的危害性應(yīng)著眼于地面變形對地下結(jié)構(gòu)物和管網(wǎng)設(shè)施的影響，根本目的是動態(tài)地預(yù)測在未來水文地質(zhì)條件下地面變形趨勢和可能的地下工程設(shè)施強度問題，并且根據(jù)預(yù)測結(jié)果虛擬相應(yīng)的工程防控措施。

3.3 地下結(jié)構(gòu)工程的施工安全性仿真分析

與地面工程的施工力學(xué)問題相比，地下結(jié)構(gòu)工程在加荷形式、巖土體本構(gòu)行為、材料力學(xué)模量的模糊不確定性、巖土體-結(jié)構(gòu)相互作用等方面都更為復(fù)雜。正是由于這些復(fù)雜的因素，地下結(jié)構(gòu)工程的施工風險性更大、經(jīng)驗性更強、可預(yù)見性更差等特點，從而使得地下結(jié)構(gòu)工程設(shè)計施工方案的安全性分析和仿真評估很有必要。

3.4 邊坡穩(wěn)定性及工程防治措施的研究

開展這個方向研究的目的在于通過大量工程實例調(diào)查和理論分析，總結(jié)出邊坡巖土體滑坡治理措施的使用條件與有效性方面的經(jīng)驗，以此為其他類似邊坡危巖土體穩(wěn)定性分析和滑坡治理工作提供經(jīng)驗上或理論上依據(jù)[3]。此外，還有望通過該方向的工作，結(jié)合實踐創(chuàng)造出一些新的、適用性強的工程技術(shù)手段，并給出與新方法相應(yīng)的、可推廣的設(shè)計理論，這方面國內(nèi)外已有較多成功先例，如錨固及土工織布加筋技術(shù)。

3.5 樁基與土體共同作用和深基礎(chǔ)抗震問題

樁基抗震性能好、承載力大，但因其土體力學(xué)行為的流變性和多相性，群樁—承臺—上部結(jié)構(gòu)共同作用的力學(xué)機制很難分析。群樁基礎(chǔ)的沉降量與極限力計算，除了通過大量的工程實踐總結(jié)之外，更要依賴于土體—群樁—承臺共同作用數(shù)值分析的突破。

4 多重因素誘發(fā)的環(huán)境巖土工程問題

4.1 問題的種類與影響因素

在大環(huán)境巖土工程問題中，有部分環(huán)境問題是由自然因素主導(dǎo)，人為因素誘發(fā)的，如土壤退化、水土流失、溫室效應(yīng)和區(qū)域性滑坡等。其中，區(qū)域性滑坡災(zāi)害的誘發(fā)原因是多方面的，主要包括：工程活動中開挖坡腳、蓄水放水，劈山開礦的爆破作用，不合理的棄土、棄渣、采石，亂砍濫伐等。

4.2 研究現(xiàn)狀

4.2.1 災(zāi)害風險評價方法與體系的研究

研究現(xiàn)狀：目前業(yè)內(nèi)采用比較普遍的泥石流風險評價方法是由成都理工大學(xué)鐵永波提出的計算體系，即數(shù)據(jù)收集—危險性評價統(tǒng)計模型—泥石流危險區(qū)劃分—易損性評價—承災(zāi)能力評價—泥石流預(yù)期損失估算—風險評價。

4.2.2 監(jiān)測預(yù)警機制的研究

研究現(xiàn)狀：2000年，我國學(xué)者提出了綜合考慮不同層次降雨條件、泥石流形成環(huán)境背景、危險區(qū)社會經(jīng)濟條件的泥石流預(yù)警預(yù)報模式并投入氣象預(yù)報系統(tǒng)和預(yù)警系統(tǒng)工作；中國科學(xué)院和國家氣象局聯(lián)合推出分辨率更高的地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)報平臺。

4.2.3 災(zāi)害發(fā)育特征及活動性

研究現(xiàn)狀：部分學(xué)者通過對汶川地區(qū)泥石流災(zāi)害區(qū)的研究，得出了汶川地震泥石流發(fā)育的基本特征，如成都理工大學(xué)的鐵永波得出，強震區(qū)泥石流的災(zāi)害發(fā)育特征主要有三個方面，即爆發(fā)頻率相對震前有增高趨勢，震后泥石流以黏性泥石流為主和震后泥石流規(guī)模是震前規(guī)模的數(shù)十倍等。

5 結(jié)語

環(huán)境巖土工程是應(yīng)用工程技術(shù)手段使工程活動與環(huán)境達到持久平衡的理論與實踐，其涉及方面廣、影響因素多，雖然已經(jīng)能夠?qū)Υ蟛糠值墓こ虒嵺`問題做出理論分析和研究，但現(xiàn)在研究仍處于發(fā)展的幼年時期，在理論模型、工程手段等方面的進一步拓展研究仍具有十分廣闊的發(fā)展前景。隨著經(jīng)濟的增長和工程建設(shè)規(guī)模的擴大，環(huán)境巖土工程問題也將越來越突出，這也必將進一步推動各學(xué)科的交融、新技術(shù)的產(chǎn)生、新材料的發(fā)明和新試驗手段的涌現(xiàn)。在這些因素的推動下，環(huán)境巖土工程學(xué)將繼續(xù)在跨學(xué)科、數(shù)值分析、理論發(fā)展等方面飛速發(fā)展、走向成熟，為人類改造自然做出更大貢獻。