環(huán)境巖土工程問題淺析-正文

2024年2月20日發(fā)(作者：少年心)

-

隨著我國經(jīng)濟(jì)、工業(yè)和根底設(shè)施建立的迅猛開展，環(huán)境問題已引起人們的極大關(guān)注，如何保護(hù)好人類賴以生存和開展的土地、海洋與空間，已成為廣闊自然科學(xué)工作者、社會科學(xué)工作者的研究課題和使命。高速開展的經(jīng)濟(jì)建立改善了人們的生活條件，但也在一定程度上干擾了生存環(huán)境，對生態(tài)平衡起了負(fù)面效應(yīng)，巖土環(huán)境問題亦由此而產(chǎn)生。環(huán)境巖土工程學(xué)是一門新興的綜合性穿插學(xué)科，它涉及巖土力學(xué)與巖土工程、衛(wèi)生工程、環(huán)境工程、土壤學(xué)、地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)、水文地球物理、地球化學(xué)、工程地質(zhì)、采礦工程以及農(nóng)業(yè)工程學(xué)等。環(huán)境巖土工程不是一門單純的工程科學(xué)，與社會科學(xué)密切相關(guān)，不考慮社會因素，僅從自然科學(xué)的角度去試圖解決環(huán)境巖土工程問題難以取得成效。從實(shí)際情況來看，環(huán)境巖土工程科學(xué)的開展往往由社會政治力量所驅(qū)動。各國、各地區(qū)為了保護(hù)人類的生活環(huán)境，制定了很多保護(hù)環(huán)境的法律和法規(guī)，正是這些法律和法規(guī)迫使人們尋求保護(hù)和改善環(huán)境的措施，從而推動這門學(xué)科的開展。

1、 環(huán)境巖土工程定義

環(huán)境巖土工程〔EnvironmentalGeotechnology〕一詞，源自1986年4月美國賓州里海大學(xué)土木系美籍華人方曉陽教授主持召開的第一屆環(huán)境巖土工程國際學(xué)術(shù)研討會，并在其著名的“Introductory

Remarks on EnvironmentalGeotechnology〞論文中，將環(huán)境巖土工程定位為“跨學(xué)科的邊緣科學(xué)，覆蓋了在大氣圈、生物圈、水圈、巖石圈及地質(zhì)微生物圈等多種環(huán)境下土和巖石及其相互作用的問. z.

-

題〞，主要是研究在不同環(huán)境周期〔循環(huán)〕作用下水土系統(tǒng)的工程性質(zhì)。

2、 環(huán)境巖土工程研究分類

環(huán)境巖土工程是研究應(yīng)用巖土工程的概念進(jìn)展環(huán)境保護(hù)的一門學(xué)科。這是一門跨學(xué)科的邊緣學(xué)科，涉及面很廣，包括：氣象、水文、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)等等。

環(huán)境巖土工程研究的內(nèi)容大致可以分為三類：

(1)環(huán)境工程。主要指用巖土工程的方法來抵御由于天災(zāi)引起的環(huán)境問題。例如：抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海嘯等。這些問題通常泛指為大環(huán)境問題。

(2)環(huán)境衛(wèi)生工程。主要指用巖土工程的方法抵御由于各種化學(xué)污染引起的環(huán)境問題。例如城市各種廢棄物的處理、污泥的處理等。

(3)人類工程活動引起的一些環(huán)境問題。例如在密集的建筑群中打樁時，由于擠土、振動、噪聲等對周圍居住環(huán)境的影響；深基坑開挖時，降水和邊坡位移等。

3、 環(huán)境巖土工程的特點(diǎn)

(1)復(fù)雜性

環(huán)境巖土工程不僅涉及力學(xué)作用，還涉及物理、化學(xué)、生物作用，即使力學(xué)作用也不是單一的，往往是固、液、氣三相力學(xué)行為的耦合，更復(fù)雜的是力學(xué)、物理、化學(xué)、生物作用的耦合。

(2)系統(tǒng)性

巖土體和環(huán)境巖土工程作為地球表層系統(tǒng)的一個組成局部，對. z.

-

其進(jìn)展研究首先必須將其放在地球表層系統(tǒng)這個大背景之下，研究巖土體和環(huán)境巖土工程與地球表層的相互作用關(guān)系。環(huán)境巖土工程作為人類社會活動的一局部，其目標(biāo)的選擇與實(shí)現(xiàn)依賴于社會整體利益和可持續(xù)開展的實(shí)現(xiàn)。

(3)廣泛性

環(huán)境巖土工程涉及的問題非常廣泛，同時在時間和空間上的跨越也非常大。

(4)綜合性

環(huán)境巖土工程主要是應(yīng)用巖土工程的觀點(diǎn)、技術(shù)和方法為治理和保護(hù)環(huán)境效勞，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

環(huán)境巖土工程的復(fù)雜性、系統(tǒng)性、廣泛性決定了對其進(jìn)展研究和環(huán)境巖土工程問題的解決必須是多學(xué)科綜合，要結(jié)合物理、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、衛(wèi)生工程、社會科學(xué)等多門學(xué)科，要學(xué)習(xí)借鑒其他門類科學(xué)技術(shù)的思路和方法。

4、 環(huán)境巖土工程研究中根本觀點(diǎn)及研究方法

根本觀點(diǎn)：

(1) 巖土實(shí)踐的范圍是地球表層，而地球?qū)τ谟钪鎭碇v是一個子系統(tǒng)，它的變化受其他子系統(tǒng)的影響，它們之間有物質(zhì)和能量的交換，是一個開放的系統(tǒng)；

(2) 資源是有限的。我們只有一個地球，并且隨著人口的增長，資源與人口相比越來越小，所以我們應(yīng)實(shí)施可持續(xù)開展戰(zhàn)略， 而不能盲目地掠奪式地利用，以防止對環(huán)境造成不利的影響；

. z.

-

(3) 人類無方案的活動會消滅人類自身；

(4) 自然界在不斷地變化，有一些直接危害人類，反過來人類要避開危害，就必須采取措施；

(5) 雖然巖土工程曾帶來一些消極影響，但它是由于人類認(rèn)識上的片面性和歷史的局限性造成的，所以從理論上講，所有的環(huán)境巖土工程問題是可以解決的，但它依賴于人們環(huán)境意識的提高，巖土工程技術(shù)的進(jìn)步和法制建立的健全。

研究方法：

環(huán)境巖土工程是一個系統(tǒng)工程。它涉及許多學(xué)科領(lǐng)域， 所以在研究中應(yīng)從學(xué)科間的穿插處著眼， 以辯證的觀點(diǎn)分析和解決問題。

其次， 應(yīng)用巖土工程的觀點(diǎn)去改善環(huán)境， 使其更符合人類的生存需求。

5、 環(huán)境巖土工程與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系

與環(huán)境巖土工程相關(guān)的學(xué)科有：工程地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)、巖土工程學(xué)、地質(zhì)工程、環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)。

工程地質(zhì)學(xué)的根底理論是地質(zhì)學(xué)，指導(dǎo)它的理論主要是自然歷史觀，它的根本理論是認(rèn)為地質(zhì)成因和演化過程決定地質(zhì)體的工程特性， 相應(yīng)地在研究方法上就是從地質(zhì)體局部特性的研究， 探索地質(zhì)體在生成時的地質(zhì)環(huán)境以及形成地質(zhì)體的地質(zhì)作用和演化過程， 從而在整體上認(rèn)識和把握地質(zhì)體的組成和構(gòu)造以及發(fā)育規(guī)律，

并進(jìn)一步探討和預(yù)測它在工程建筑物作用下的表現(xiàn)和工程行為。

工程地質(zhì)學(xué)的效勞對象完全是人為設(shè)計(jì)，人為施工的建物。這. z.

-

一應(yīng)用性決定了工程地質(zhì)學(xué)的邊緣性、穿插性和綜合性等特性。所謂邊緣性指它處在地質(zhì)學(xué)科的外層， 位于和工程學(xué)科接壤的部位。所謂穿插性說明在它的學(xué)科開展中不斷吸收工程學(xué)科的理論、概念和方法，并和地質(zhì)學(xué)結(jié)合起來。所謂綜合性是指工程地質(zhì)學(xué)的目標(biāo)是解決問題，它是借助于地質(zhì)學(xué)各根底學(xué)科的成就來綜合地工作的

巖土力學(xué)、巖土工程和工程地質(zhì)學(xué)在研究對象和目標(biāo)上有很大的一樣之處，是密切相鄰的學(xué)科。但是巖土力學(xué)屬于力學(xué)學(xué)科的邊緣， 而巖土工程屬于工程學(xué)科的邊緣。雖然對巖土的地質(zhì)認(rèn)識是建立巖土力學(xué)模型和本構(gòu)關(guān)系的重要根底，但巖土力學(xué)更偏于模型及建模后的力學(xué)研究。巖土工程是將巖土作為工程構(gòu)造物的一局部工程學(xué)科。不過巖土力學(xué)和巖土工程與其他的力學(xué)或工程學(xué)科相比，需要更多地質(zhì)學(xué)科的支持， 或者說更需要與地質(zhì)學(xué)科的結(jié)合。

6、 環(huán)境巖土工程的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)50-60年代公害事件的顯現(xiàn)，人們不斷探索，反思，并已取得了根本的共識。目前國外對環(huán)境巖土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性質(zhì)、理論與控制等方面，而國內(nèi)則在此根底上有較大的擴(kuò)展，就目前涉及的問題來分，可以歸納為兩大類：第一類是人類與自然環(huán)境之間的共同作用問題。這類問題的動因主要是由自然災(zāi)變引起的。例如地震災(zāi)害、土壤退化、洪水災(zāi)害、溫室效應(yīng)等。這些問題通常稱為大環(huán)境問題。第二類是人類的生活、生產(chǎn)和工程活動與環(huán)境之間的共同作用問題。它的動因主要是人類自身。例如城市垃圾、工業(yè)生產(chǎn)中的廢水、廢液、廢渣等有毒有害廢棄物. z.

-

對生態(tài)環(huán)境的危害；工程建立活動如打樁、強(qiáng)夯、基坑開挖、盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響；過量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有關(guān)這方面的問題，統(tǒng)稱為小環(huán)境問題。

7、 我國環(huán)境巖土工程所面臨的問題

(1)水土流失

由于近幾十年來的大規(guī)模根本建立及森林亂砍濫伐和任意挖坡耕地，致使植被破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年長江流域因水土流失使入海泥砂達(dá)7億t，相當(dāng)于35萬km2土地被刮去17cm厚的表土，已到達(dá)黃河泥砂量的1/3。盡管近幾十年來，我國水土保持工作也很受重視并取得一定成效，但水土流失情況仍相當(dāng)嚴(yán)重。因此，水土保持成為環(huán)境巖土工程的重要研究方面。

(2)海水入侵與地面沉降

海水入侵的主要原因是沿海地區(qū)過量抽汲地下水致使地下水位低于海平面水位，因而導(dǎo)致海水向內(nèi)陸地下灌入，影響沿海城鎮(zhèn)工業(yè)及民用水源，造成極大損失。此外，由于石油、天然氣或其他固體礦床開采而造成地面沉降或塌陷也應(yīng)引起足夠的注意并采取相應(yīng)的防治措施。

(3)土地砂化及鹽堿化

根據(jù)預(yù)測，21世紀(jì)初期全國新砂化土地將超過30萬km2，因此防治土地砂化已刻不容緩。土地鹽堿化的主要原因是由于地下水由下向上涌流。而地表補(bǔ)充水源缺乏，導(dǎo)致鹽分積集使土地鹽堿化。由于河床淤積、河水水面高于地面或水庫增水均能導(dǎo)致地表含鹽量. z.

-

增加，此外在干旱地區(qū)，雨量稀少、缺乏水源補(bǔ)充也往往造成土地鹽堿化。在我國華北平原干旱地區(qū)及黃河沿岸土地鹽堿化現(xiàn)象極為普遍，治理和防止土地進(jìn)一步鹽堿化已是環(huán)境巖土工程研究的重要課題。

(4)滑坡與山崩

眾所周知，滑坡與山崩會給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失，滑坡的起因除有自身的生態(tài)過程及規(guī)律外，人類的生產(chǎn)建立活動將會加速其演變速率。據(jù)估計(jì)，由于大規(guī)模的交通運(yùn)輸工程的建立引起的巖石土壤的移運(yùn)數(shù)量已與河流搬運(yùn)泥砂的能力等量齊觀，而有些地區(qū)的大面積地下排水勢將改變地下水的運(yùn)移動態(tài)及巖土性狀，致使陸地斜坡更趨不穩(wěn)。由此可見，防治滑坡任務(wù)是很繁重的，這項(xiàng)艱巨任務(wù)將不可防止地落在環(huán)境巖土工程人員的肩上。

(5)城市垃圾

隨著人們生活水平的提高和工業(yè)的迅速開展，城市垃圾已成為市政工程的一項(xiàng)極為頭痛的問題，城市垃圾的處理技術(shù)也是21世紀(jì)應(yīng)予以重視的問題，目前的處理方法一般為掩埋與燒毀。如何進(jìn)展廢物利用及改進(jìn)處理措施是環(huán)境巖土工程的一項(xiàng)重要課題。

(6)核廢料問題

為解決能源短缺而開展核電站已成為眾所關(guān)注的事情，我國核能建立已經(jīng)起步，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)初將開展到2000萬kw，隨之而來的核廢料處理問題將擺在環(huán)境巖土工作者面前。核廢料儲存庫的平安性不但取決于地下洞室圍巖的穩(wěn)定性，也取決于核廢料本身放射. z.

-

性生命期放熱效應(yīng)所產(chǎn)生的異常溫度變化與巖體的相互作用而形成的裂隙開展?fàn)顟B(tài)。在開展核能的同時決不能無視核廢料的處置問題，應(yīng)在制定可行性及設(shè)計(jì)施工時列入核廢料的處置方案和措施。

(7)水源保護(hù)

為了確保人們的身體**，防止疾病發(fā)生已成為一項(xiàng)重大課題。目前城鎮(zhèn)居民的飲用水一般均直接取自江河湖泊，專用于飲用水的水庫極少。在21世紀(jì)，應(yīng)大聲疾呼水源保護(hù)。尤其是飲用水源的保護(hù)更應(yīng)列為重中之重，應(yīng)盡早建立專用水庫作為城鎮(zhèn)居民飲用水源，飲用水源的水庫要制止開放旅游觀光及在水庫內(nèi)放養(yǎng)魚類以保證水質(zhì)不受污染，使人民身體**得到保障。

8、 結(jié)語

20世紀(jì)90年代后，我國進(jìn)入了大規(guī)模工程建立時期。從沿海地區(qū)開場，逐步向內(nèi)陸擴(kuò)展，高層建筑、地鐵、道路交通、隧道等等的建立以及城市化進(jìn)程步伐的加快向環(huán)境巖土工程不斷提出新的挑戰(zhàn)。同時，自然環(huán)境的變化，地震、洪澇災(zāi)害的頻頻發(fā)生，溫室效應(yīng)的加劇，水土流失，土壤退化等大環(huán)境問題，也引發(fā)了一系列新的環(huán)境巖土工程問題。相對興旺國家來說，我國的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務(wù)。一方面，我國正處于大規(guī)模工程建立時期，有許多工程問題需要解決；另一方面，基于可持續(xù)開展要求，我們面臨嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)與治理工作。在環(huán)境巖土工程問題上，未來幾年應(yīng)重點(diǎn)研究并解決下面幾個問題。其中，西部問題，包括生態(tài)環(huán)境建立與保護(hù)區(qū)域穩(wěn)定性與地下工程。東部問題，包括大城市地面. z.

-

變形不穩(wěn)定性、懸河化水資源、水環(huán)境等。在一些應(yīng)用方面還急需解決的問題如下：衛(wèi)生填埋場的設(shè)計(jì)問題；大規(guī)模工程建立的區(qū)域環(huán)境巖土工程問題評估；城市施工影響環(huán)境巖土工程問題；巖土工程手段在環(huán)境的治理中的應(yīng)用等。從環(huán)境巖土工程的開展歷程來看，推動這門學(xué)科的主要動力也許不是學(xué)科本身而是各種環(huán)境保護(hù)的法律和有關(guān)規(guī)定，如果沒有法律的限制和大量政府或社會捐資，這門學(xué)科可能不會得到迅速開展。在我國雖然也有各種環(huán)境保護(hù)法，但由于法制觀念不強(qiáng)、執(zhí)法力度不夠大又常常以罰代法，而受罰者又未損及個人利益，因此收效不大，至于環(huán)境巖土工程的根底性學(xué)術(shù)研究及成果的應(yīng)用得到的支持更遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于解決現(xiàn)實(shí)問題的需要。因此，為了人類有一美好干凈的生存環(huán)境，應(yīng)大力宣傳保護(hù)意識，培養(yǎng)環(huán)境巖土工程的專門人才，加強(qiáng)根底與應(yīng)用研究，使我國的環(huán)境巖土工程得到迅速開展。

. z.