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文檔簡介
環境巖土工程研究
Researches
ontheEnvironmentalGeotechnology1環境巖土工程研究、認識與思考2關于工程地質學基本理論的認識3環境巖土工程問題與地質災害優勢面研究觀點和方法主要內容1環境巖土工程的由來2環境巖土工程的內涵和特色3地學的環境巖土工程觀4環境巖土工程與地質災害5環境巖土工程的優勢面研究觀點和思路6我國環境巖土工程發展趨勢與展望
環境巖土工程是一門跨學科的交叉科學。它主要覆蓋了環境工程、巖土力學和工程地質學所涉及的環境問題。關于環境巖土工程的基本概念、特色、初步分類和內涵系統,本文作了探討。方曉陽教授作為這門學科的著名創始人之一和對多次環境巖土工程學術會議組織工作上的貢獻,他的觀點作了專門介紹。
當前,城市環境巖土工程是環境巖土工程研究熱點。對作為環境巖土工程的主體的城市環境巖土工程中的兩類環境問題和兩類懸河的概念、研究技術途徑和方法,以及城市環境巖土工程在我國的發展趨勢和前景,本文也作了研討。1環境巖土工程的由來
環境巖土工程(EnvironmentalGeotechnology)一詞,源自1986年4月21日~23日在美國賓州里海大學土木系美籍華人方曉陽教授主持召開的第一屆環境巖土工程國際學術研討會。會上,方先生在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvi-ronmentalGeotechnology”論文中,將環境巖土工程定位為“跨學科的邊緣科學,覆蓋了在大氣圈、生物圈、水圈、巖石圈及地質微生物圈等多種環境下土和巖石及其相互作用問題”,主要是研究在不同環境周期(循環)作用下水土系統的工程性質。方教授指出,自1986年以來,“環境巖土工程”得到了迅速發展,它不僅復蓋了傳統巖土工程問題,而且,現今已主要形成了兩個分支:地質環境巖土工程和生態環境工程。“巖土工程”一詞容量已比較大,復蓋了巖土工程問題的“環境巖土工程”,顯然其學科領域會更大。由于“環境巖土工程”歷史僅20年,雖開了多次國際學術研討會和個別專題研討會(如2000年南京生態敏感區環境巖土工程國際會議),由于會議內容繁多,對環境巖土工程學科界定、內涵體系并未作詳細研討。由于多學科參與,要對這些學科體系性問題取得共識,尚有待時日。需要加強研究。方組織第一屆會議時,本文作者正好在里海大學訪問研究,后又多次參加國際環境巖土工程學術活動。這里,想就環境巖土工程的研究和認識談一點體會,希指正。2環境巖土工程的內涵和特色2.1產生的背景2.2學科特點2.3學科分類的討論2.1產生的背景環境巖土工程是跨學科的邊緣學科,其產生的背景是八十年代以來環境問題的嚴重化。主要是水系和水土污染、氡污染、水土流失、砂化、地質生態環境變遷、滑坡、泥石流、固體廢物和核廢料處理、干旱洪澇以及考古與古跡保護等等。這些不是單一學科能解決的。環境巖土工程,作為多學科的結合點應運而生。參與者主要是巖土力學、工程地質和環境工程人員。相關學科聯合攻關,在學科交叉中共同發展和深化。環境巖土工程也就在總體目標認同下,帶有各學科特點的環境巖土工程體系。2.2學科特點
環境巖土工程是巖土工程新發展階段,是環境文明時代的新分支。研究環境巖土工程問題的“環境巖土工程”,又應屬于環境學科。環境學科具有綜合性、多樣性和發展性。環境巖土工程當然也要用發展的眼光去看待和思考。它是變化發展,不斷豐富的。
環境科學由各學科的環境分支組成。原學科的特色在其環境分支中也必然有所體現。因此,從工程地質、巖土力學和環境工程視角研究環境巖土工程,也必然有各自特色。互相尊重,取長補短,將促進環境巖土工程更快發展。環境巖土工程容量雖大,但以解決人類巖土工程活動所產生的環境問題為主體,特別是城市環境巖土工程。所以,巖土力學和工程地質的結合,也自然會構成環境巖土工程發展的主體。2.3學科分類的討論
關于環境巖土工程,方曉陽先生認為有兩個主要分支[2]:(1)地質環境(巖土)工程:主要強調有害有毒廢料控制系統的管理和修正、填料場的選擇、填料的穩定性分析和土污染技術。
(2)生態環境(巖土)工程:研究環境巖土工程的敏感性生態和地質方面。有三類問題:①與地質、氣候有關的問題,如泥石流、沙漠、濕地;②與健康有關的問題,如酸雨、核廢料;③與文化有關的問題,如考古。認為這三類問題對生態環境因素相當敏感。對于如何解決他所關注的環境巖土工程問題,方先生1989年提出了一個“粒子場理論”,評價土—水—污染物相互作用,預測土的長期形狀。認為傳統的機械能場理論只能決定問題的短期性狀,環境因素(如溫度變化、干濕、脹縮、凍融循環、污染等)將改變土粒子性質,從而影響土的性質,且這種影響是長期的。方的這種認識與包承綱先生的“要把土當真正的土”的認識是相通的。這種環境土力學的研究觀點,能夠在土力學發展中發揮積極作用。
從歷屆環境巖土工程國際會議來看,環境巖土工程也有如下分類,與方先生分類相比應屬狹義的,但它們均包含了自然因素引起的環境問題(國內常以地質災害名之)。
1984年以來,本文作者積極支持建設部推行的巖土工程體制,并從事城市環境巖土工程研究。于2000年底出了一本《城市環境巖土工程》專著。作者認為污染與生態破壞與環境巖土工程問題是等價的兩類環境問題。由于巖土工程活動產生的環境問題,叫“環境巖土工程問題”,它為環境巖土工程的主體。環境巖土工程問題如不加重視和處理,會造成生命和財產的損失,就可能演化為地質災害。問題和災害不同,災害是問題所造成的危害,問題和災害都要加以重視和研究。這就使相關學科名詞術語溝通起來。《城市環境巖土工程》一書從地學與力學的結合上論述了地學對環境巖土工程的研究和認識,主要觀點將在下一節介紹。3地學的環境巖土工程觀3.1環境問題與環境文明新時代3.2環境地質與環境巖土工程3.3兩類環境與環境巖土工程問題3.1環境問題與環境文明3.1環境——自然客體與人類客體相互聯系的系統
自然環境社會環境3.1.2環境問題——人類社會發展活動引發環境產生的不利于人類生存的變化
環境問題為全球熱點。國際上三時代(20世紀)
①50-60年代,公害顯現(1972年瑞典“人類環境會議”)
②80年代全球三問題(臭氧氣、氣候變暖、生物多樣化)
③90年代環發并提(1992年巴西“環發”首腦會議)強調污染與生態破壞環境問題:大氣;水;固體廢棄物;噪聲;熱島效應3.1.3環境文明——人類和自然和諧發展的可持續發展觀念和思想
1992年從工業文明——環境文明時代這是按照“三種生產”的理論深刻反思的結論:
環境問題實質(人與自然不調諧)改變發展觀、生存模式對策發展環境科學、實現人與自然調諧THEAGENDAOFTHE21stCENTURY3.2環境狀科學穗與環申境地偵質環境科燈學是發溜展中科吧學,具仇有多樣壤性、綜烈合性和筒發展性立。地質輛環境桿是自鏈然環笑境一利部分雨,是妖“四襖圈”打之一瓜的巖嘆石圈善的表直層部待分,惱與人客類關備系十匆分密碗切。地質學枯以巖石窗圈為主課要研究騰對象。環境地綱質學則只研究巖澡石、水財、生物運和大氣沖四圈的派相互作福用和影模響,研鉤究地質爭環境系悼統與自掀然環境救系統和賭社會環家境系統協相互間挖關系,掀地位應糠該十分耗重要。環境地翻質作為用環科一數重要分從支從理普論殿堂遼逐步走諸向國民望經濟主炎戰場,鵲因而作峰用將越做來越大袖。它有誘三個層私次,體覆現了它綠的獨特音之點和膝豐富內鞠涵。①地球澇系統科積學Ea輝rth舊sy仆ste背ms粘cie捷nce瞇:認識地明球,研運究地球擇過程。注意街放射油熱,峰太陽兇輻射妨和第自三驅城動力榴,“挨全球市變化勝計劃底”可調作為萍代表則.以涉研究石周期桑的自貍然變毒化為碰特色鏟,這延是全例球大員系統屢的基兆礎理拾論性懼研究鉆。②環境筑地球科疤學E熱nv.僵Geo蔬sci獄enc擾es:預測店人類扶生存循環境磁之變場化。葡識別依和預象測自四然地巡壽質災晶害,貞并注泄意人忽的誘扯發作京用—防—人阿為地早質災譯害。③環境精巖土工秘程En銹v.G沾eot筑ech絨nol坊ogy團:以研究假人類巖滴土工程歪活動產賢生的環傲境問題碎為主體乏,特別職是城市槽環境巖軍土工程夢。應按桑“人地老調諧原貸則”解壓決問題絹,不使變之演化齊成人為仆地質災材害。3.芬3井兩類聲環境柔問題候與環磁境巖商土工需程污染句與生卡態破申壞兩類必環境謎問題Pol仍lut運ion絞&或Eco備log界ica汁lh攝aza仿rds環境巖斃土工程榨問題Env當.G鏡eot鏡ech失nol夕ogy區域性怖的.:駱懸河及芳三峽工炮程問題Reg贊ion送al花Env紅.G帳eot牲ech環境巖愛土工程淺問題蜜大獲城市不類穩定性In洽st愈ab象il棚it漫y修in越l晶ar側ge止c庸it票ie北s城市謹的.煌:倒環境下水利Ur選ba報n添En疼v.逗G近eo喪te按chEnv尋.w嘗ate編rc宅ons歸erv殃anc蘆y環境數污染矩En闖v.縱P蔥ol瞇lu喇ti陡onTw握o愛ty聚pe爪s星su舊sp呢en艇de番d醉ri戚ve韻r傳pr某ob之le勢ms累:Pe漫rm惕an透en競t窄an鏟d備Fl房誠oo循di東ngEn貿v.觸g勢eo離te翼ch僅no偽lo季gy方p暖ro獲bl役em討o慚f簽th序e跌th朱re織e錫go甚rg批es4.綁1城市賤主要回環境陡巖土載工程浴問題帽及其青提升腰水平政的二睜基點根據兩妙類環境論問題的因概念,猛隨著城幼市進程露的加快能,城市餅環境巖顫土工程筐問題會庭越來越雙突出,酸當其變鼻異強度結給人類螺生存和串物質文拼明帶來盒嚴重危澆害時,裳即構成駛人為誘組發地質府災害。商自然演己化產生裂的地質患災害與暢此有所俯不同。隨著魯生態融城市能建設城規劃晴的提竭出,父人們膛對本求問題峰重要慣性的躍認識投也會網深化潤。主要貢問題倡是:4城蛛市環境漆巖土工扁程與地魂質災害①生態城惱市建設輪規劃中挖的問題②工程活疊動引起評的地面切變形(口地面沉乓降、地絲式面塌陷痰、滑坡穿等地質劑災害)③懸河規化引撓起的黎塌岸墳災害④水資源拆短缺和幕環境惡諸化問題⑤廢棄介物污塞染問平題⑥抗震頃、抗符斷和便地裂覆等活母動斷糧層災駁害問題離多而仇復雜屋,可探從基杜本理鈴論和傳學科袖交叉奔來創赤新解圣決問衣題。4.蕩2狐基本莊理論成因塑控制芽論GEN嫁ETI雞CTYP腎EO鄰FSOI呆LS土承載繩力的指茫標值例人工隸土6金0-南10殲0k紙Pa一般土肯100頃-15搏0kP階a洪積寒土1疊50盤-2廚00營kP贊a殘積土據200迅-25砍0kP漂a強風浪化r委3員50境-4緣瑞00逗kP尋aEPI繳GEN炒ETI自C授TIM友E-D衣EPE叢NDE泉NT扮ST明RUC坑TUR不E結構控粱制論RO鄙CK稼-M尚AS另S問S匙TR殊UC煮TU跡RE華:ST閣RU鐮CT奏UR擱E馬P緣瑞LA嫌NEPR企EF河ER矮RE掩D朽PL周AN菜E中科殼院巖囑體結程構控漏制論沿--項--程工程余地地物質力奪學-創--落-典誓型人鑰類工末程活冤動與舌地質味環境猶相互寬作用莖。南京呼大學浴優勢妻面理懶論:秤在結茂構控蛾制論萄基礎融上抓克住結以構面你和多味學科僻交叉怪二個悅基點慨進行女創新敢發展舟,已熄形成盒較系笨統的陳分析判理論宜和方玻法。咸主要蔥是抓棟優勢循結構股面、狹宏微攪觀結稍構、蘭結構斯之非儀對稱蒜性籃和學徐科交差叉的浸綜合披模型詞和方廈法,惰對環蘆境巖隊土工鋒程和劃地質佳災害鈴進行取研究改和評槳價。THE鹽H讓ARM默ONY歲B剛ETW忠EEN貸T梳HE槍HU幅MAN鼻a省nd乳TH柿E擔NAT有URE是環有境文草明時只代新脊認識甲、新涉理論混觀點局:注姨意生幟態環新境基龜本要移素(翠水、亦土、瘋植、販氣)洲,抓茫綠化危園林榮建設層,整嶼治和而保護穗水土食資源消,按翻人地似調諧互原則引對工免程進煤行決類策和堡模式譜化研很究,嘴例如洗:C=片F近(L鞠,P資,嬌T,攔E鎮)C-欣--磨L夏an直d表En百gi乏ne賊er蒼in駁g能Ca直pa鍬ci師tyL--蹦-F閱act境ors競of虧ma令jor壇th昨eme摩sP--例Att旅rib建ute扯s洗(屬性膀)T--顆-Te胃chn禽iqu近el圖eve鈔lE--債-Ec永ono著my5致優勢撞面理兆論研指究觀聚點和享思路從基宰本理蕉論(薪結構牌控制嘆論)惜和多稀學科淡交叉煙兩個恰基點退創新籃,形裝成一梁個環禍境巖滾土工渾程優誘勢面蓄理論蟲,用早以解蛛決工磚程穩巨定性丈問題宣。它擦體現鏡了認魚知(蛇Co遼gn掛it己io制n)連理論嬌的認爭識過鋸程(捐Da析ta遞數據絨→I符nf致or季ma忙ti占on問信息窄→K壺no址wl種ed侮ge擊知識噸),蒸逐步缸形成賽理念等Ph祖il斑os渡op昂hy慢,經姐大量奶工程稿實踐磚不斷勉驗證戲,逐脫步形涉成較嘴系統類理論重Th橋eo兄ry酬。這家一理傅論要耐點有喉三:5.1狡優勢蛇面控制進論The拔En迫v.恐Pro翅ble送ma氧re影con逆tro撞lle選db充yt臣he度The石ory冤of笨Pr欺efe倦rre東dP傍lan遞e穩定項性取雄決于池:斷真裂→遙老、跑新、鐘活三瞞類斷庫裂→燥優勢頌斷裂St滔ab林il溪it掃y:否F背au寬lt告→旨Ol去d,蒼n糖ew嗎,平&搭ac足ti黎ve陰f塊au見lt宏→墾pr觸ef均er焦re奔d保fa膨ul練t.地質仿遙真模型轉:優勢砌面組合投→優勢都分離體Ge蚊ol對og篩ic側al想e奔mu史la獨ti徒on訪m育od墳el霞:域co滋mb注in妥at憑io瓣n幅of疼p珍re溪fe憑rr廊ed渠p啦la揚ne緞s→失Pa室rt鐵in爹g廈ma蹤蝶ssDES松CRI內PTI澤ON辜CHA貢RT眨OF擱ROC服KQ頃UAL大ITY輩---啞STR衰U.杯PLA嘩NEPR打EF跟ER炎RE噸D迅ST鮮RA桑TU救M鎮(S啟TR罪AT葡A)棲霞亦山明爐鏡湖垮塌陷5.2優勢面逗減災防測災原理The承th怒eor柔mo亦fp昆ref額err形ed好pla滅ne純to雁haz由ard甘re軍duc蜂tio間n&爛pr警eve作nti惰on①關鍵尺因素K還ey浸fac碧tor去——溫優勢面②按鈔系統挑建模不同淘級別對優勢必面組杠合(帆層塊澇構造嬌思想迷引用謝)C懼om嘗bi船na趁ti廊on莖o嗚f干p.類p.撇in巖d擾if起fe敞re炎nt怎g輔ra盆di探ng伸(L墾ay低er顏in修g-bl辛ock鼻)懸河三手系統控易制論:庫地殼E秘art趁hc省rus男t,地鄉豐基Fo案und歐ati紅on,應堤壩豎emb隸ank忽men曠t土體藥優勢值面:桐土巖煎界面礦Bo拉un捷da聞ry輕o浸f擴so都il伏&探r綠oc司k,尺層灑面P循la亞ne弓o楚f鼠be病dd坡in恥g,冬風化忘面W祖ea雁th庭er粒in濾g使pl鏟an浪e,案節理垃裂隙粘Jo健in宵t,蛇人工黃裂隙扛Ma株n-陸ma竊de掀f貨is庸su廢re棚,軟濱面W么ea何kn礎es夠s,縮慧環境鹽變化綢界面芹E鄭nv籃.難bo邪un爸da陶ry③優勢駱面測試授之參數閉為仿真煤參數Emu挑lat獄ion帆pa攻ram濾ete裁rs④成災蠢雙重機棋制Dua閘lm捐ech略ani雹sm宴of撇haz笑ard繡s⑤危害加度與決袋策分析Ha詞rm在fu漫ll綁ne甩ss澤,秤de渡ci譜si藥on憲a抄na敵ly克si寬s⑥工程揀治理Eng礙ine收eri聯ng匠tre求atm婆.人地砍調諧罷:(1)中人地調別諧的觀攤點:以順應尺代替硬郊抗,充芝分何利拐用地質政體的潛酸能,綠云色設計攏、美化滔設計(2)灣地質工活程的治畏理觀點慰:通過地案質機理蘇分析,膠找出災悄害的主鈴控因素替——優已勢面,凍進行針駐對性治租理,終斑止不利乳地質作蟻用,地干質與治棗理構件動有效組盾合。(3)愿治理與唱開發相索結合:變危險頑區為園羊林風景蒸區,合堂理開發午利用。爽可作為變生態城臺市建設價的示范乎工程。人地H燃ARM旬ONY治理原則紛:躲避硬抗-衣---愿--雞順應地質額工程及治理GR去EE灰NI熱ZA魚TI傘ON妻PR晚IN條CI疏PL末Egr窮as霸swo姐od匆la身ndsh霜ru置b基礎形璃式施工順忠序工程順體系下-舌--墨--達工齡作體切系(三先)嗓優勢批面方匹法論1戶必須怨明確競研究粥的目珍標和叨關鍵僅:目標:登預測+踐決策+意行動關鍵:符不脫節賞(地質創、力學努與工程竟相結合車)+廣高義模型役評價2專秤家判斷山+機制血分析+伏定量模杏型是優蝦勢面常暫用的三泄個互補巖模型。3區無域穩定眨性和地必基穩定艷性相結谷合的原校則。4怕地質凱基礎灣+高萌新技楚術+脂社會星科學么與經禮濟學臺相結財合。5工童程措施惱+地質榮工程措缺施+信記息調控狂相結合鄙,并在如釘前述軍的人副地調顆協的可原則坦下進櫻行環鞏境和冰地質災害諒治理餅。按地質丈工程原茅理治理Rei約nfo饅rci吳ng泥sho黑uld菠be賣in李te勾rms似of謀Ge褲o-e間ngi鐵nee始rin濟gp今rin搏cip隔le妻Des薦ign扭ing銷sh鵲oul黎da繭cco悶rd莫wit書ht雖wo廳pri失nci鞋ple炮s:紛geo筋log破y&郊me綢cha染nic蒜s測試匆和加己固的惠主體今是優金勢面利用地般質作用摸和地質嘆體潛能從抗災備到順應員自然協舊調共存富水技優勢宅斷裂高與邊拋坡排椒水防免水懸河化堤防蜘邊坡早治理5.3饑優勢哈面分析糧的方法榜論問題朝復雜杏,環爺境文佛明時秒代要蓄求越酷來越誘高:Goa存ls:En迫v.p泰rot低ect猶ion辱&臨haz鉆ard倦sr邀edu侍cti石on,雨pr伶ovi外din摔gs篇cie傳nti薯fic的ba開sis臘fo爪rs喇afe禁ty謊and逢ec蒸ono咐mic燭al頸Eng復.Ta跳sk:Ea也rth候qua暢ke勇pre師ven券tio隨n,性fra駁cti拋on效pre移ven綿tio美n,繩roc朱k-s駱oil彩qu檢ali已ty梨eva享lua捆tio兇n,p秀ara濕met遠er共des抗ign寧an餃dr求eal聞izi絡ng命the意ha晌rmo丹ny必wit鹽ht欄he砍env劣iro奇nme唇ntReq燈uir此eme話nt:I使n堡th塌e徑pr斥in侵ci俯pl掩e漁of獄h逢ar殃mo存ny肺b刃et伶we綿en傅t深he獵h辯um責an辱&猶t葵he最n坦at綠ur具e,招p適ro垮vi拜di就ng脹d牙ec毒is和io略n暗an弄d栗tr許ea機tm孩en陪t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