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关键词:环境岩土工程研究
随着经济和、工业的迅速发展,人们越来越意识到人类活动对环境产生的两个负面影响:环境污染和生态破坏。因此,应运产生了一门新兴学科——环境岩土工程学。它既是一门应用性的工程学,又是一门社会学。它把技术和政治、经济和文化相结合的跨学科的新型学科。
1.环境岩土工程定义
环境岩土工程(EnvironmentalGeotechnology)一词,源自1986年4月美国宾州里海大学土木系美籍华人方晓阳教授主持召开的第一届环境岩土工程国际学术研讨会,并在其著名的“IntroductoryRemarksonEnvironmentalGeotechnology”论文中,将环境岩土工程定位为“跨学科的边缘科学,覆盖了在大气圈、生物圈、水圈、岩石圈及地质微生物圈等多种环境下土和岩石及其相互作用的问题”,主要是研究在不同环境周期(循环)作用下水土系统的工程性质。
2.环境岩土工程研究的内容及分类
环境岩土工程是研究应用岩土工程的概念进行环境保护的一门学科。这是一门跨学科的边缘学科,涉及面很广,包括:气象、水文、地质、农业、化学、医学、工程学等等。
环境岩土工程研究的内容大致可以分为三类:
(1)环境工程。主要指用岩土工程的方法来抵御由于天灾引起的环境问题。例如:抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海啸等。这些问题通常泛指为大环境问题。
(2)环境卫生工程。主要指用岩土工程的方法抵御由于各种化学污染引起的环境问题。例如城市各种废弃物的处理、污泥的处理等。
(3)人类工程活动引起的一些环境问题。例如在密集的建筑群中打桩时,由于挤土、振动、噪声等对周围居住环境的影响;深基坑开挖时,降水和边坡位移等。
3.环境岩土工程研究中基本观点及研究方法
3.1基本观点
(1)岩土实践的范围是地球表层,而地球对于宇宙来讲是一个子系统,它的变化受其他子系统的影响,它们之间有物质和能量的交换,是一个开放的系统;
(2)资源是有限的。我们只有一个地球,并且随着人口的增长,资源与人口相比越来越小,所以我们应实施可持续发展战略,而不能盲目地掠夺式地利用,以防止对环境造成不利的影响;
(3)人类无计划的活动会毁灭人类自身;
(4)自然界在不断地变化,有一些直接危害人类,反过来人类要避开危害,就必须采取措施;
(5)虽然岩土工程曾带来一些消极影响,但它是由于人类认识上的片面性和历史的局限性造成的,
所以从理论上讲,所有的环境岩土工程问题是可以解决的,但它依赖于人们环境意识的提高,岩土工程技术的进步和法制建设的健全。
3.2研究方法
环境岩土工程是一个系统工程。它涉及许多学科领域,所以在研究中应从学科间的交叉处着眼,以辩证的观点分析和解决问题。其次,应用岩土工程的观点去改善环境,使其更符合人类的生存需求。
4.环境岩土工程与相关学科的关系
与环境岩土工程相关的学科有:工程地质学、岩土力学、岩土工程学、地质工程、环境工程地质学。
工程地质学的基础理论是地质学,指导它的理论主要是自然历史观1它的基本理论是认为地质成因和演化过程决定地质体的工程特性,相应地在研究方法上就是从地质体局部特性的研究,探索地质体在生成时的地质环境以及形成地质体的地质作用和演化过程,从而在整体上认识和把握地质体的组成和结构以及发育规律,并进一步探讨和预测它在工程建筑物作用下的表现和工程行为。
工程地质学的服务对象完全是人为设计,人为施工的建物。这一应用性决定了工程地质学的边缘性、交叉性和综合性等特性。所谓边缘性指它处在地质学科的外层,位于和工程学科接壤的部位。所谓交叉性表明在它的学科发展中不断吸收工程学科的理论、概念和方法,并和地质学结合起来。所谓综合性是指工程地质学的目标是解决问题,它是借助于地质学各基础学科的成就来综合地工作的.
岩土力学、岩土工程和工程地质学在研究对象和目标上有很大的相同之处,是密切相邻的学科。但是岩土力学属于力学学科的边缘,而岩土工程属于工程学科的边缘1虽然对岩土的地质认识是建立岩土力学模型和本构关系的重要基础,但岩土力学更偏于模型及建模后的力学研究。岩土工程是将岩土作为工程结构物的一部分工程学科。不过岩土力学和岩土工程与其他的力学或工程学科相比,需要更多地质学科的支持,或者说更需要与地质学科的结合。
5.环境岩土工程的研究现状
20世纪50-60年代公害事件的显现,人们不断探索,反思,并已取得了基本的共识。目前国外对环境岩土工程的研究主要集中于垃圾土、污染土的性质、理论与控制等方面,而国内则在此基础上有较大的扩展,就目前涉及的问题来分,可以归纳为两大类:第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题。这类问题的动因主要是由自然灾变引起的。例如地震灾害、土壤退化、洪水灾害、温室效应等。这些问题通常称为大环境问题。第二类是人类的生活、生产和工程活动与环境之间的共同作用问题。它的动因主要是人类自身。例如城市垃圾、工业生产中的废水、废液、废渣等有毒有害废弃物对生态环境的危害;工程建设活动如打桩、强夯、基坑开挖、盾构施工对周围环境的影响;过量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有关这方面的问题,统称为小环境问题。
6.环境岩土工程的发展展望
20世纪90年代后,我国进入了大规模工程建设时期。从沿海地区开始,逐步向内陆扩展,高层建筑、地铁、道路交通、隧道等等的建设以及城市化进程步伐的加快向环境岩土工程不断提出新的挑战。同时,自然环境的变化,地震、洪涝灾害的频频发生,温室效应的加剧,水土流失,土壤退化等大环境问题,也引发了一系列新的环境岩土工程问题。相对发达国家来说,我国的岩土工程工作者面临更为艰巨的任务。一方面,我国正处于大规模工程建设时期,有许多工程问题需要解决;另一方面,基于可持续发展要求,我们面临严峻的环境保护与治理工作。在环境岩土工程问题上,未来几年应重点研究并解决下面几个问题。其中,西部问题,包括生态环境建设与保护区域稳定性与地下工程。东部问题,包括大城市地面变形不稳定性、悬河化水资源、水环境等。在一些应用方面还急需解决的问题如下:卫生填埋场的设计问题;大规模工程建设的区域环境岩土工程问题评估;城市施工影响环境岩土工程问题;岩土工程手段在环境的治理中的应用等。
参考文献:
[1]缪林昌刘松玉环境岩土工程学概论北京:中国建材工业出版社2005
[2]方江华等对环境岩土工程几个问题的探讨岩土力学2005年第4期
现阶段,我国岩土工程勘测的现状不容乐观,一方面,岩土勘测工作与设计工作出现分离,勘测人员不能严格的按照设计要求进行操作,尽管,我们不断的引进新的技术与先进的设备,但是实际的勘测效果并没有预想的完善,由于勘测与设计的分离使得勘测人员的工作效率降低,还时常出现错误,同时,岩土设计人员也没有对当地的实际情况进行细致的调查,数据的收集不完善,造成设计图纸中的参数不适用于实际操作,造成资源和人力、物力的浪费。另一方面,岩土工程的勘测人员没有事先做好准备工作,不重视勘测纲要所强调的内容,最近几年,我国各个地区经常有地质勘探人员遭遇危险的报道,这都是由于没有实现做好准备工作,勘测过于随意,严重影响岩土勘测工作的质量。
2岩土工程勘测中存在的问题
2.1勘测技术落后现阶段,我国在岩土勘测技术的先进性方面与西方发达国家相比仍然存在一些差距,因此,在勘测数据的准确性与勘测工作的质量和效率方面都存在严重的缺失,一些勘测公司仍然使用传统的勘测手段,很少引进新的机器设备及优质的勘测人员,这样新的技术就无法发挥其应有的功能[1]。
2.2勘测环节不规范岩土勘测工作应当有明确的操作步骤和技术规范,然而,我国的勘测企业由于缺乏管理及员工的素质较低,导致勘测环节无法规范的进行,要知道,岩土的勘测存在一定的危险性,如果一旦出现操作的失误就会给勘测人员的生命财产安全造成严重的威胁,同时,勘测市场的秩序也非常混乱,很多人员都是依据以往的经验来填写勘测报告,这样会使得数据误差非常大,也滋生了一些不法商贩谋取利益的途径。
2.3勘测人员专业素质不高我国现阶段的岩土勘测人员有一少部分是勘测多年的经验丰富的技术人员,但是仍然有很多专业素质不高的勘测人员,这些人大多缺少专业的技能培训,对一些新的勘测仪器和勘测技术不甚了解,甚至对自身的安全防护意识也非常薄弱,尤其在野外的岩土勘测工作中经常发生危险与错误的勘测结果,这严重制约着我国勘测事业的发展,与此同时,一些勘测企业为了节约成本,雇佣一些廉价的农民工作为劳动力,这些人不仅缺少相关的专业知识,更没有认真负责岩土勘测作业。
2.4主管部门管理不到位岩土勘测工作的管理也是确保勘测质量的重要一环,但是我国地质勘测工作的入行门槛却很低,一些外行的从业人员也可以进行相应的勘测工作,然而,随着科学技术的发展,一些先进的技术理念被引入进来,如果勘测企业不加强管理,注定会被激烈的市场竞争所淘汰。与此同时,岩土勘测的主管部门不能够对原始的勘测数据进行认真的审核,只是通过简单的记录确定检测质量报告,这样是对岩土勘测工作极不负责的现象,更不能很好的管理企业的经营理念,对勘测企业经济效益和社会效益的取得都产生了严重的阻碍[2]。
3优化岩土工程勘测工作的建议
3.1采用先进的勘测技术岩土工程的勘测涉及到多个学科的专业知识,随着我国科学技术的不断创新,应当将先进的勘测技术应用到岩土工程的勘测中来,例如工程物力专业理论和电磁波理论等,同时,在勘测设备的使用方面也应当引入先进的、高效的、准确的勘测设备,尽管这些设备会耗费更多的成本,但国家要想更好的完成岩土工程的勘测就应当加大投资力度,提升勘测数据的准确性,一些经济不发达的地区仍然使用传统的勘测技术,因此,地质勘测企业最好能够实现电子化的办公,让更多的勘测数据通过计算机网络实现整合与分析,从而极大提升勘测的效率,尤其是对一些复杂的数据处理,可见,只有不断的创新和使用先进的勘测技术才能够促进我国勘测事业的进步。
3.2增强勘测规范性岩土工程的勘测还需要规范的操作步骤,每一个操作环节都是相辅相成的,只有认真的做好每一个勘测环节,才能够确保最终检测结果的准确,与此同时,国家应当出台相应的管理制度来规范勘测市场的操作行为,对一些不符合规定的行为予以严厉的打击,只有这样才能够不断的净化我国的地质勘测事业,对于勘测报告的检察也要设立专门的监测机构,从而制止一些以假乱真、谋取个人财产的行为。另一方面,通过规范岩土勘测的设计来约束实际的勘测行为,确保勘测人员能够严格的按照设计要求进行操作,不能偷工减料或者凭借经验填写检测报告,每一个勘测数据都有其相应的功能,只有规范操作才能实现其真正的价值。
3.3提高勘测人员专业技能任何先进设备的使用和创新技术的应用都需要高素质、高水平的专业人员,而岩土工程的勘测更是如此,我国现在急需一大批优秀的地质勘探人才,不仅能够数量的掌握各种勘测技术,还具备较高的职业道德及综合素质,因此,我国应加大力度培养和提升勘测人员的专业技能,可以在各大高校开展地质勘测相关专业,教育学生将勘测理论与实践相结合,确保勘测数据的准确性,从而提高岩土工程的勘测质量。与此同时,勘测人员的专业素质和技能水平直接关乎我国勘测事业未来的发展,无论从眼前的利益来看还是着眼于未来,提升地质勘测人员的技能水准是至关重要的,勘测企业不仅要聘用综合型技术人才,还要定期开展从业人员技能培训,将先进的理念和经验教授新人,同时采用严格的奖惩制度和责任制度来激发勘测人员的工作热情,不断进取,从而促进我国地质勘测事业的进步[3]。
3.4主管部门加强管理加强岩土工程勘测主管部门的管理职能是保障勘测工作质量的关键,首先,重视岩土工程勘测的地域性研究,也就是每个地区的主管部门都要对自己做负责的区域予以严格的管理,并建立健全地质勘测工作的规章制度,根据自己地区的特点制定相应的法规,确保岩土工程勘测不会受到区域因素的影响,对于一些经济欠发达的地区主管部门一定要加强勘测人员的安全管理,建立相应的安全防护措施,同时,对勘测过程中可能出现的环境干扰因素事先采取恰当的解决对策,对岩土工程勘测的治理与管理负起责任。
4结束语
该区属丘陵~低山溶蚀峰丛地貌,场地内总体地势为北东高南西低,测区内多有第四系土层覆盖,四周植被较为茂密,现经施工平场后,场地变得较为平坦,由地表地质现象显示,测区内岩性多样,且有一断层通过场地,该断层平面走向北西~南东向,在断层两侧岩层产状变化较大,其中:在断层北西面,岩层北西向倾斜,倾角70°左右,在断层南东面,岩层北东向倾斜,倾角50°左右。①第四系(Qel+dl):上部为耕植土,富含植物根系,下部为可~硬塑状红粘土,残、坡积成因,厚薄不均,局部含基岩风化残块及碎石,主要分布于测区大部地段。②二叠系中统吴家坪组(P2w):岩性主要为石灰岩夹硅质岩、钙质砂岩夹杂色泥岩、碳质泥岩。在水平方向上石灰岩、碳质泥岩、钙质砂岩呈互层状产出的组合关系。因受次级构造的影响,基岩破碎,节理裂隙发育,风化强烈。石灰岩、钙质砂岩及碳质泥岩,据其风化状态分为强风化-中风化,现分别对这几种基岩岩性特征、风化程度及组合关系分述如下:(1)强风化碳质泥岩(P2w):褐色,泥质结构,含碳质、铝土质、铁锰质,受次级构造的影响,产状凌乱,该层在场地内风化强烈,整体破碎,厚度变化大。岩芯极破碎,呈砂状、碎块状,岩芯采取率低。(2)强风化石灰岩(P2w):灰黑色,薄至中厚层状,含硅质,主要分布于拟建场地南西侧,厚度变化大。岩芯极破碎,呈砂状、碎块状、土夹石状,岩芯采取率低。(3)中风化碳质泥岩(P2w):灰黑色,泥质结构,含碳质团块,节理裂隙发育,受构造及产状影响埋深变化大,节理裂隙发育,岩体较破碎,属较破碎软岩。(4)中风化石灰岩(P2w):灰色、深灰色,薄至中厚层状,泥晶结构,含硅质,节理裂隙发育,岩芯呈柱状、短柱状,少量块状。
2场地水文地质条件
据地表地质调查及钻探探查,拟建场地地下水类型主要地下水为上层滞水和基岩裂隙水,叙述如下:场地下伏基岩为中风化泥岩、石灰岩,为含水性较好的岩层,其发育的节理裂隙为地下水流动提供了较有利的渗流条件,地下水埋藏较深,地下水径流方向为东南向南西,小车河为排泄基准面。
3岩土工程勘察概况
勘察之初,钻孔按一桩一孔布设,钻探揭穿地表覆盖层及地下强风化层进入完整基岩9m,在场地平场和钻探过程中,多处发现岩溶和裂隙,但仅靠所布钻探,不能确定其分布延伸范围。为迅速查明岩溶发育的分布情况,决定沿拟建物主要轴线布设测线,应用物探方法中的地震映像法和高密度电法,对钻探发现的岩溶现象进一步详查。本次勘察,沿拟建物主要轴线布设测线计完成高密度电法剖面3条,经过数据处理,综合分析,编制出物探异常平面分布图,为拟建物的基础设计和施工方案制定提供了充分依据。
4工程物探的基本原理及有关参数
4.1高密度电法:电法勘探是研究地层电学性质及电场、电磁场变化规律,根据研究地质对象的电性差异,通过仪器测量电场情况,进而研究电场的分布规律,以了解地下构筑物或地质体的状况,从而达到勘探目的。本次勘察,使用重庆地质仪器厂生产的DUK-2电法仪,采用60极接收,极距2m~3m,在预定位置布置测线剖面,本次勘察,电极的排列装置采用温纳四极装置。
4.2本场区工程地球物理特征:岩土电性地球物理条件是指运用物探手段解决地质问题的各种充要条件。地球物理勘探的前提是被探测体与周边岩土介质存在物性差异,常表现为电、磁、弹性波速等物性参数的异常。本次勘探目的主要是初步查明场区布设测线范围内隐伏的不明岩溶构造,如隐伏断裂、岩溶空洞或溶蚀破碎、地下暗河、充水溶洞及老旧窑形成的采空区等异常。本次高密度电法测试采用的物性参数为视电阻率值,通过对场区岩石和部分异常体的电性测试,结合贵阳地区同类型场地电性参数综合归纳本场区岩土电性特性。
5结论和建议
5.1测区内岩体多以泥岩、砂岩、页岩等中~软质类为主,局部地段,分布有石灰岩等相对坚硬的岩体。
5.2测区内,土层厚度多在2~15m左右,其厚度变化较大,其中:在测区南部,土层厚度相对较小,多在2~10m左右,而在测线北部,土层厚度相对较大,可达15m左右;在F1断层及附近土层厚度较大,多在20m以上。在F1断层及附近,由于土层与岩体破碎带的电阻率相差不大,因此,物探推土层厚度可能与实际有所偏差。