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当代水工环地质及岩土工程理论体系应用与发展
发布时间:2013-04-19 来源:湖北省国土资源厅网站 阅读次数:
 

  陈政治

  (湖北省大冶市建筑设计院,湖北 大冶435100)

  摘要:随着我国民经济建设的快速发展,水工环地质及岩土工程越来越受到工程部门的重视与关注。因其不论何种岩土工程建设,无不与水工环地质及岩土工程学技术紧密相关,否则,岩土工程建设的生态环境和经济效益难以实现优质和可持续发展。因此,要保证工程建设的技术可行,当代水工环地质及岩土工程学科理论应用理念是构建人与自然协调的、良性循环的水工环地质及岩土工程环境与生态系统。作者通过学科技术理论体系与工程建设理论实际,展示了当代水工环及岩土工程理论体系应用与发展态势,供同行学者共同关注本行业及本学科的发展。

  关键词:水工环地质;岩土工程;理论体系;理论创新;应用与发展

  

  0引言

  

  水工环地质学科与岩土工程两个专业学科的理论体系核心是通过原始的分散型、局部性水文地质、工程地质理论成果革新,然后随着生产力与科学技术的发展,形成了普遍性、全局性、集中型科技创新与发展,并得到了高度综合与集成而形成的当代水工环地质与岩土工程学科。水工环地质与岩土工程学科技术的理论发展历程,则由水文与工程地质-环境水文与环境工程地质-岩土工程地质-生态水文与工程地质-生态岩土工程地质的全过程,当代水工环地质与岩土工程学科技术应用于土木工程建设的全过程中。水工环地质与岩土工程地质学科理论实践于各工程建设领域并相互渗透,互补应用。因此,水工环地质与岩土工程理论的应用体系是一脉相承的。两学科不仅是不可分割的两门相关相同专业类,而且在国民建设项目中两类专业相互依赖生存。工程建设的属性统归为水土岩三者之间内在的性质,例如:利用地下水资源作为工农业及居民供水,需依托地下水储存空间在岩与土中的立体空间分布和适宜的地质条件来满足地下水的生存和开采利用。又如:城市人口居住密度加大,迫使城市向空中发展,则加大了高层及超高层建筑群的高密度开发,宜选择满足地基荷载的承受能力优良的工程地质与环境工程地质条件。涉及岩土工程与水文及工程地质相关领域极为广泛,例如:城市地下建筑基坑中的水文及工程地质问题,需要各项试验结果优选计算参数,供基坑设计与施工使用。与地下建筑相关的地下水的抗浮问题,建筑物地下基础的岩溶地下水的防治与治理问题,矿山开采的边坡稳定及矿床开采的充水影响问题,大江大河及水库大坝防渗及岩土体的结构稳定问题,湖泊淤积治理问题,抽取地下水引起的地面沉降问题,铁路、公路、桥涵、以及过山、过江、过海的地铁隧道等建设工程遇到的岩溶、软土、冻土、崩塌、滑坡、泥石流、塌陷、等环境地质灾害问题,都是紧密依靠当代水工环地质与岩工程学科基础理论与实际相结合进行解决。也是水工环地质与岩土工程学科面向社会发展的需要。

  

  1水工环地质核心理论的形成

  

  1.1水文地质核心理论的形成

  世界水文地质核心理论的形成若以1856年达西定律的建立为标志[1],水文地质学至今已有150余年的历史。中国在解放以前高等教育水文地质工程地质专业一片空白,1952年水文地质专业在北京地质学院成立,当年教育部决定由北大地质系,清华地质系地质组,天津北洋大学地质系,唐山铁道学院地质系合并成立北京地质学院,并在我国首次成立水文地质工程地质系[2]。1959年以前,水文地质理论课程采用的是前苏联的教材,1960年以后中国有了自己的水文地质教材。水文地质工作在20世纪70年代水文地质核心理论是科学技术找水理论,找水工作遍布于祖国大地的每个地域,积累了丰厚的地下水资源成果资料。80年代核心转移至地下水开采利用,全国各城市、农村普遍把开采地下水作为生产生活用水的先决条件。随着开采技术的提高,一方面推动了国民经济的发展,但另一面地下水资源的消耗过大,导致环境恶化,反之又制约了经济的发展。出现环境地质问题,水文地质的核心理论从此进入了生态环境水文地质新阶段。过去,我国水文地质工作者、专家学者把各地区,乃至祖国960万平方公里范围内的地下水资源量、允许开采量算得一清二楚,但有效与有限的水资源循环能否满足我国人口迅速增长的供需矛盾问题?有效的水资源能否服务满足国民建设良性循环?这是当代水文地质学在新的复杂背景条件下面临的新的挑战与发展机遇。因此,当代水文地质理论的应用全面进入了水资源科学调配、科学管理、科学利用、水文地质理论已形成了水文系统与生态环境系统以及技术量化与社会以人为本的良性循环协调系统。我国的水文地质工作走出了国门,国际水文地质大会2006年在北京成功召开,通过大会这个平台,进一步加强国际水文地质科学技术交流与合作,推进地下水源的合理开发和保护,为保障饮水安全,促进世界经济社会可持续发展做出了贡献。

  

  1.2工程地质核心理论的形成

  

  世界工程地质核心理论是20世纪30年代在前苏联就形成了一门独立学科[3],也就是俄罗斯著名工程地质学家萨瓦连斯基、卡明斯基、波波夫等在工程岩土学、工程地质学等方面做了大量的理论与实际奠基工作后而形成的一门独立学科。我国工程地质工作是在新中国成立以后开始起步的。建国60多年来,从工程地质缺门到基本适应各种复杂地质条件的大型工程建设的需要,又从基本适应到完全满足国民经济建设所有部门的需求,尤其是工程地质勘察工作为水利工程、电力工程、铁路工程、港口桥梁、隧道工程等大量重大项目的工程地质勘察工作发挥了超前性、全面性和广域性的服务功能,其理论成果为规划、设计、施工提供了科学依据。工程地质勘察报告成果为我国建成的8万余座水电站,7万余公里铁路和百万余公里的公路,几百余座金属矿山,几百余座非金属矿山等项目工程持续稳定性营运与发展奠定了基础。在工程地质理论及实践水平上,我国走在了世界先进水平的行列。

  

  1.3环境地质核心理论的形成

  

  世界环境地质核心理论是在20世纪80年代形成,中国的环境地质工作与世界同步,也是20世纪80年代开始的。我国实行改革开放以后,工程建设进程加快,人口与资源环境的矛盾日益突出。从农村到城市,表现在地表水与地下水水质恶化、地面沉降、矿山及山地区域的透水事故、崩塌、滑坡、泥石流等问题频发,西北草原沙漠盐渍化等生态环境地质问题凸显。环境地质工作的主要工作目标与任务:开展环境地质调查,制订治理地质灾害规划及其对策。环境地质工作与世界接轨,在北京召开的第30届国际地质大会,向世人展示了中国环境地质工作的新局面,那就是新一轮的经济发展与环境保护与时俱进,彰显了中国地质灾害防治的显著效益和丰硕成果。

  

  2岩土工程地质核心理论的形成

  

  岩土工程从人类始于人穴居以躲避风雪和野生动物的侵袭时期起算,已达数十万年[4],标志岩土工程第一次浪潮。1863年英国伦敦开始建设地铁[5],在此时期,地下军事防护工程和水电工程也得到了很大发展,这就标志着第二次岩土工程浪潮的来临。1925年太沙基发表土力学名著,乃是岩土工程的第三次浪潮到来。人类进入20世纪90年代,世界科学技术的发展日新月异,岩土工程电子、航天、信息化技术应用,标志着岩土工程的第四次浪潮的到来。我国岩土工程自改革开放以来,就把岩土工程与工程地质环境相结合,形成生态岩土工程,并在水文地质学、工程地质学、土力学、岩体力学等学科基础上,与土木工程学互相渗透,已形成了一门新的具有边缘学科性质的独立学科。学科通过高新技术与高新理论的发展,基础理论与应用技术相辅相成,相互促迸,形成了一个综合化、分层与深层化完善的新理论与新技术创新体系,并且与世界接轨。从岩土工程建设项目立项、勘察、设计、计算、施工、监检测量、材料设备维护等均建立绿色环保、生态环境岩土工程总成。

  

  3当代水工环地质理论体系的应用与发展

  

  3.1水文地质理论体系应用与发展

  

  我国水文地质理论体系在20世纪70年代初期就基本形成。核心理论以找水打井应用技术为中心,为工农业、国防现代化建设、国家重点建设项目服务做出了巨大贡献。地下水源在全国供水中起着举足轻重的作用。目前,全国拥有近400个大中城市以开采地下水作为城市供水水源,在城市生活和工业供水中,北方利用地下水占80%至90%,其中,农业用水中地下水平均占38%,尤其在20世纪70年代至80年代我国水文地质核心理论与应用技术得到飞跃性发展,基础理论与应用技术指导全国性地下水资源调查、勘查、监测与保护,取得的成就巨大。目前,我国地下水天然资源量大于1984年评价的8716.84亿立方米/a,占我国水资源总量的31%,这个比例与世界地下水储存量的平均值相近似。

  我国的水文地质基础理论已走在应用技术的前面,早在20世纪70年代就有了各类水文地质标准规范,这些规范指导着生产应用和科学发展。水文地质理论体系基本分为三大类:一类为标准规范与手册类,其中,国家标准规范类有《水文地质勘查规范》、《水文地质勘察规范》、《供水水文地质勘察规范》、《矿区水文地质工程地质勘探规范》等;手册类有《水文地质手册》、《供水水文地质手册》等。另一类为标准教材,如《水文地质学基础》、《专门水文地质学》、《区域水文地质学》、《地下水动力学》、《水文地球化学》、《供水水文地质学》、《矿床水文地质学》以及《土壤改良水文地质学》。水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透交叉。另一类是行业的学术理论的研究刊物,如《水文地质及工程地质》、《工程勘察》等知名核心期刊。

  随着科学的发展,水文地质学基础理论与应用技术开创了若干新领域,例如:中国地质大学环境学院与工程学院及湖南省地矿局第二水文地质大队等专家、学者在八五期间对国家重点科技项目“洞庭湖区构造沉降一淤积系统分析”进行攻关,对洞庭湖的演变、构造沉降、泥沙淤积与筑堤围垸三方面作用进行综合研究。利用多学科、多种技术进行深入研究,由此得出湖区年总构造沉降量为1.88亿立方米,大于当年1.61亿立方米的年总泥沙淤积量。研究结果表明洞庭湖并没有缩小,而是扩大了,这一攻关项目的成功,得到中国工程院陈梦熊、谢鉴衡、袁道先等9位专家教授的鉴定认可。对张人权等的研究成果高度评价:“其运用多学科联合开展湖泊演娈系统研究达到国际先进水平,开创了生态环境水文研究的新途径和新领域。”洞庭湖生态环境水文研究新途径新领域至今还在延续新内容与新课题,例如2009年湖北省水文地质大队教授级高工陈国金研究题为“江汉一洞庭湖平原区洪灾形成与防治的环境地质研究”在对江汉一洞庭湖平原区地质背景分析的基础上,论述了构造沉降作用,泥砂淤积作用,人类工程作用及管涌崩岸作用之间有密切关系,对洪灾形成的影响和控制,提出了在地质作用条件下正确处理人与自然的关系,调整水沙重新分配的防洪减灾思路与对策。

  水文地质学理论体系应用与发展为多学科交叉渗透成为主流,20世纪90年代中期开始至今水文地质学的理论发展与相关类学科交叉渗透与融合已得到了全面广泛地应用和发展。2005年由地质出版社出版的林学钰、廖资生、赵勇胜、苏小四编著的《现代水文地质学》[6]一书问世,标志水文地质学由传统的理论向现代生态水文地质理论发展标准目标转型。现代水文地质学与现代科学紧密结合,如系统论、信息论、控制论及相应产生的系统科学、环境科学等,对水文地质学的发展产生了一系列重大影响。现代应用数学与水文地质学的结合,特别是数值模拟方法得到普遍应用,模型研究成为水资源研究的主要内容,使水文地质学从定性研究发展到定量研究的新阶段。例如,室内模型技术应用,以长江三峡为代表的一些大型水利水电防洪排涝一体化模型技术展现了科技领域先进的典型实例,这个模型不仅得到直观水文数值法,并且直观地观察到社会经济效益系统关系。许多新的分支学科的产生与发展,如岩溶水文地质学、遥感水文地质学、环境水文地质学、医学环境地球化学、污染水文地质学以及数学水文地质学、水资源水文地质学。新技术、新方法都得到普遍应用,推动了水文地质学的发展。水文地质学应用于城市,为城市水资源规划与管理的决策起到了先导作用。地下水资源开采开发不仅是为城市居民饮用注重水质与水量。而且还注重城市环境地质保护,例如:上海采用地表水回灌的科学技术方法有效控制了地面沉降。上海市地表水回灌技术应用了影视模型制作的科教影视在全国播放,得到社会的良好响应。

  水文地质学应用于农业,有效利用地下水解决农作物及植物生长需水短缺的问题。水文地质学科为生态农学、土壤学、乃至农作物及植物基因改良技术起到了推动进步发展的作用,生态农业试验基地硕果累累。

  水文地质学与岩土工程建设息息相关,特殊岩溶及岩溶地下水问题是当代水文地质研究的主题,特别是岩溶复杂的桩基础工程更不可忽视。例如:湖北大冶湖一号桥墩下岩溶地下水与岩溶溶洞的条件极为复杂,给基础设计与施工都带来很大的难度,笔者参与了该项目岩溶问题的研究与处理方法及基础选型研讨[7],对基础设计与施工进行了多种方案比较,最终选择了帷幕注浆处理复杂的岩溶问题,选用钻、冲孔灌注桩为最佳方案。通过这类建设工程实例笔者认为,水文地质学科在工程建设中特别是地下工程中的各个领域都是不可或缺,众多的地下建筑工程与相关水文地质问题的出现,或者水文地质问题的修复,都有应用专门水文地质学科技术与其他学科技术交叉的水文地质工作共同解决实际问题的可能

  

  3.2工程地质及环境地质理论体系的应用与发展

  

  我国工程地质理论体系应用早于环境地质。1949年至1979年为工程地质理论体系应用与发展期的启蒙至初期阶段,称为奠基阶段,主要以工程地质学科为主的理论应用体系。基本工程地质勘察经验成果应用到工程地质这门学科从理论上和技术上不断发展革新,这个时期我国国民经济建设规模不大,环境地质问题不突出。自1979年至今改革开放的30年中,工程地质学科的发展进入了高层次的活跃阶段。在这个阶段中,我国进行了大规模建设,是国民经济与工程建设快速发展的时期,然而也是人口与资塬环境矛盾日益突出的时期。工程活动的空间和规模迅速增大,从而产生了环境地质问题日益突出。在我国造成的环境地质灾害约占整个灾害的35%,环境地质问题中的崩塌、滑坡、泥石流及人类工程活动诱发的地质灾害所造成的损失约占55%。环境地质灾害发生率高的根本原因有两条,一是原有的工程建设项目设计安全系数过低;二是对新、老工程建设项目的地质问题未能发现或未有预防。例如:湖北大冶新冶铜矿20世纪90年代中期发生泥石流灾难性的特大事故[8],该矿是1957年建成的老矿山开采基地,矿山的一尾砂库建于一个v字形自然沟谷上游,沟谷三面环山,沟谷切割深度390-513m,地形坡度大于45o,沟谷汇水面积2.8Km2,库区分为新、老两部分,老库区1957年建成,总库容量130万立方米,溃口前已堆放近200万立方米的尾砂,老坝为粘性土坝,坝顶标高147.7m,为了增加库容1993年在老坝下方又建一新坝,新库区地面标高112-133m,新坝高7.2m,溃口前已堆放10万立方米尾砂,建成新坝的次年7月11日大冶突降大暴雨,当日连续降雨11.5小时,降雨量达310mm,库区内汇水迅速,水位高出坝顶,洪水冲出坝面,致三处溃口,溃口最大宽度45m,深9-12m,尾砂与山洪由溃口处以近30m高差狂倾泻下,造成库区下游1450m处李德贤村遭致灭顶之灾,冲毁房户102户,14人失踪,80人受伤,经济损失2000万元,鉴于这一事故的原因分析,笔者认为这是一起环境水文地质与工程地质问题,也就是老坝地基基础与坝身的土体结构稳定性差,抗洪能力低,存在设计上不适宜的问题。新坝的设计防洪标高也未达标,故新、老坝都存在技术上的隐患问题,也就是地质问题。

  当今强大的工程地质学活力,来源于广大工程地质科学技术工作者在复杂的环境地质条件下,解决了众多地质问题,从而产生了土体结构力学、土体水文环境地质学、地质灾害环境学、城市工程地质学、城市环境土工学、矿山环境地质学等学科,发展了工程地质,解决了工程地质与工程建设脱节问题。应用工程地质学的新目的与任务使工程建设和运营最大限度地并保护环境长足发展。当今,工程地质与环境地质学吸收现今科学思想丰富自身理论,深入土木工程的各个领域,为国家国土规划与资源开发、城乡一体化的各类工程建设和地质灾害防治及地质环境保护,还为地质灾害所造成的人身安全、财产安全问题的急救抢险以及灾后的经济评估或者灾害后的恢复重建等系列的环境地质技术工作,提供了强有力的技术支撑。从20世纪70年代的唐山大地震到本世纪2008年汶川大地震,从今年青海玉树大地震到今年的山西王家岭煤矿的透水事故等灾害,工程地质工作者发挥了应用技术抢险救灾的重要作用。

  当代环境地质学科技术与理论成果适应新的《岩土工程勘察规范》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》、及《湿陷性黄土、膨胀土、软土规范》的需要和贯彻执行。学科的理论应用通过千百万工程实践,且以世界知名的中国长江三峡水利水电大坝及其三峡库区成功建成的实例,已标志了中国工程地质理论及实践水平达到世界行列标准。当人们认识到资源耗竭和生态环境的不断恶化将危及人类的生存与发展时,可持续发展的理念应运而生。早在1982年的第四届国际工程地质大会上,国际工程地质协会就提出了工程地质学家要积极参与解决环境问题的议题[9]。中国科学院陈梦熊院土在20世纪进入90年代就给我国的环境地质理论的研究定了5点研究目标与任务:①区域环境地质条件的研究;②城市环境地质调查的研究;③重大工程建设地质灾害的调查研究;④水资源开发与生态环境问题的调查研究;⑤矿区环境地质问题的调查研究[10]。全国展开了多轮次区域环境地质条件的调查研究,为国民经济规划结合编图进行综合研究。研究的主要成果是出版了大量的图件与相应的文字报告,编制了全国性的中国环境地质图系,为城乡规划建设一体化发展、减灾防灾提供了科学依据。全国各省、地(市)级以上的城市,分别建立了地质环境总站及其分站。对城市水资源枯竭、水质污染与水质恶化、海水入浸、地面沉降与岩溶塌陷、地基沉陷、生态环境恶化以及滑坡、泥石流等进行监测。全国各省、地(市)级都编制出版了区划地质灾害调查报告,并相应编制出版了环境地质图系或图集。区划地质灾害调查成果理论已是当今时代作为各建设工程项目的建设用地地质灾害评估依据。城市环境地质理论的发展依靠得天独厚的现代城市标准发展空间与现代科学新理论新学科紧密结合,如系统论、信息论、控制论及相应产生的系统科学、环境科学、信息科学等,对环境地质学的发展起到了极为重要的影响。如中国建筑出版社、国家科学技术学术著作出版基金资助出版的方鸿琪、杨闽中著的《城市工程地质环境分析原理》一书,将有助于全面提高城市工程地质环境分析工作的水平及城市地学与环境工程地质学的发展。世界著名的三峽大坝与库区的环境地质工程的研究,经历了几代水工环地质专家及其地质工作者的辛勤工作而取得了伟大成就。2003年由中国地质大学出版社出版的湖北三峡库区地质灾害防治工作领导小组办公室编制的《湖北省三峡库区滑坡防治地质勘察与治理工程技术规定》,该工程技术规定对保护三峡、建设三峡生态环境的持续稳定性发展具有长远意义与应用价值。

  水资源开发与生态环境恶化主要产生在中国西北的沙漠地区。自古以来,西北方为干早半干旱的沙漠缺水地区,这是历代中国人众所周知的难点问题。把整个西北方沙漠看成是一个大区域的含水系统来认识,沙漠地下水的资源量与同矿产资源一样是有限的,但不同于矿产资源的是地下水是靠大气降水补给可以得到循环,然而,天然状态的北方沙漠地区年降水量是南方的一半,如果开采量大于补给量,开采量的时空效应将产生异常环境地质问题非常明显。我国方的一地下水资源分布及人均占有量呈现明显的地区性差异,南方地下水约占全国地下水资源量的71%,而占全国国土面积60%的北方地区仅占到29%,尤其是约占全国1/3面积的西北地区,只占全国地下水天然资源量和开采资源量的13%,以甘肃河西走廊为例,由于盲目修建水利工程,下游民勤地区由于上游截流,补给来源减少,地下水位剧烈下降,造成大片植被死亡,草场退化,水质恶化,沙漠面积不断扩大。新疆塔里木盆地也是由于上游截流用水,造成下游300km的绿色走廊消失,10余万亩耕地因沙化弃耕。罗布泊湖经常性干枯。北疆500Km2的玛纳斯湖也经常干枯。全疆由于土壤次生盐渍化而弃耕的土地超过1000万亩。地下水是维持土体应力平衡和稳定状态的一个重要因素、大量抽取地下水,降低了含水层的水头压力,改变了土体结构,必然破坏了土体原有的应力平衡和稳定状态,从而导致地面沉降、裂缝、地面塌陷等环境灾害的发生。据2001年8月28日新华社报导,持续干旱缺水造成的地下水恶性超采已使我国形成总计8万多平方公里的地下水降落漏斗。这相当于3个海南岛的面积。据水利部统汁,我国每年地下水超采量为80多亿立方米,形成地下水降落漏斗56个,面积达8.7万多平方公里,漏斗区最深处达100多米。全国有30多个城市由于开采地下水造成地面沉降、塌陷、裂隙等破坏。在下沉严重地段,有的建筑物开裂并出现江河水倒灌而造成地下水严重污染。在长江中下游平原和滨海一些地区,也出现了由地下水降落漏斗导致的地面沉降现象。据不完全的統计,全国各地因开采地下水而引起的地面塌陷已多达800余处。陈梦熊院士对西北干旱地区水资源提出了三条决策性意见。一是地表水与地下水必须作为一个整体来评价;二是深入研究水资源的合理开发利用与合理分配,加强各种方案的经济比较,重视对经济效益分析研究;三是充分考虑水资源开发与生态环境的关系[11],防止生态环境恶化,把环境效益放在重要地位。解决我国西北高原沙漠缺水问题的研究办法不仅是本行业的专家、学者关注,国家领导人以至高点的眼光提出了南水北调的宏大理想,20世纪50年代毛泽东主席就提出了向南方借点水至北方的科学指示,从那个时期起南水北调的论断就倾注在中国人的心目中,树起了这个远景目标。南水北调工程终于在当今科学发展观时代得到实施。南水北调的三条线路得到了大量的环境工程地质论证,三条线路已成功地完成了东线通水。中线正在建设之中,西线方案还在论证评审之中。南水北调的三条引江水北上的建成,不仅可供北方及西北方大半个中国的城镇与农村居民生产生活用水问题,而且会彻底解决北方及西北城市、农村的生态环境地质问题。城市变新貌、沙漠变绿洲将会成为世界上第二个埃及耕地成倍增加的事实实现。

  我国西南地区按水文气候条件属不缺水地域,但2009至2010年则出现了历史上罕见的连续干旱灾难,水文地质工作者应用水文地质技术,科学找水打井支援抗旱救灾,为西南地区的灾民解优排难,突出了水文地质技术工作的特殊重要性。

  矿山环境地质问题,矿山开采是人类千顶岩石圈和地下水圈天然环境的一项重大活动。在既无预见性又无能力的近一个世纪中,人类的矿山开采活动及地下工程施工,已带来了许多难以挽回的环境灾害[12]。矿山开采引起的主要环境地质灾害表现在地形破坏、地面变形、水土流失、水质污染、滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害。所有自然或人为因素的环境地质灾害问题,只要有预测与预防性超前功能的科学技术的手段,就会消灾减灾,否则得不偿失。例如,湖北省武钢矿业集团乌龙泉矿山几口开采地下水的供水井。临近京广线铁路。井群抽水试验降深的增幅值与钻孔涌水量的增幅值得出了降深与涌水量梯增的正比关系。当抽水量由5000m3/d增至6000m3/d时,降深由4.6m增至6.0m,增加幅度1.40m;抽水量由6000m3/d增至7000m3/d,降深由6m增至7.70m,增加幅度1.70m;抽水量增至8000m3/d至10000m3/d时,降深值趋向无穷大。降深漏斗越来越大,由此产生了地面塌陷的不良后果[13]。最终得出了正确结论:武钢乌龙泉矿山地下水开采临近京广线地段不宜井群集中超采,并得出了开采的允许限度,保证了京广铁路的安全。湖北省鄂东南地区的大冶市铜录山铜矿是老矿山开采基地,环境地质问题极为突出,例如,铜录山古矿遗址受周边矿山违规性开采的破坏影响使地面出现十余条裂缝,并且逐渐扩大及至发生开裂沉降[14]。因为几千年的铜录山古矿遗址是全球惟一以矿山名号列入联合国文化遗产目录的。国家与地方政府高度重视,现已投入了巨额资金进行了地面变形地质工程调查、地下地质工程物探、钻探等大量的环境地质工程工作。据相关部门的经济核算,修复古矿遗址按紧急处理,中期与远期防护三大计划的修复费用可达五亿元以上,给国家造成了巨大的经济损失。现为迎接2010年8月20日至22日中国黄石.大冶首届国际矿冶文华节的召开,政府现已投资对古矿遗址的修复工作正在进行之中。

  

  4岩土工程理论体系的应用与发展

  

  我国的岩土工程工作是改革开放以后全面深入到土木工程的各个领域中的。岩土工程学是一门新的具有边缘学科性质的独立学科。它是工程地质学和水文地质学的分支,是把工程地质和水文地质的基本原理、方法和手段应用到工程建设诸多领域。在工程建设中,他与其它相关学科交叉渗透,高度集成与应用后形成岩土工程。例如,20世纪80年代我国的工程勘察行业实行的是工程地质勘察标准,应用的是1989年的《工程地质勘察规范》。实际上工程地质理论已经渗透到土木工程的各个领域,只是未定名岩土工程这个名称。史佩栋与高大钊教授认为:“凡与岩石或土有关的工程活动,不论处于地面以上或以下,均属岩土工程”[15]。本人同感赞成,但又认为如若添加一个水字称之为:“把凡与岩石或土及水有关的工程活动……,”那就更妥当了。《千年更替话岩土》的论题既保持了古地球学科中土木工程学说的原理又弘扬和发展了当代创建地球一流的地质学科、多支学科发展的新方向主流。我国标准中“岩土工程”这个专业术语实际是在20世纪90年代正式确定的。1998年国家发布了《岩土工程基本术语标准》GB/T50279-98。我国的岩土工程勘察规范的国标是1994年问世,到2002年正式发布新的《岩土工程勘察规范》GB50021-2001。与此同时,配套的《岩土工程手册》也相应出版。1994年10月《岩土工程手册》编写委员会主编者林在贯、高大钊、顾宝和、石振华共同编制了《岩土工程手册》,由中国建筑工业出版社出版,是一部综合性很强、函盖面很广的手册,内容可供工程建设勘察、设计、施工、监检科技人员及土建科研、教学人员使用和参考。按岩土工程行业的技术手册分类,也有专门的《岩土工程勘察手册》、《岩土工程设计手册》、《岩土工程施工手册》、《岩土工程监理手册》、《岩土工程技术管理手册》等。我国实行岩土工程制度及其标准后相应执行国家规定工程建设标准强制性条文。我国岩土工程应用理论步入到法规技术标准后相应的建筑工程技术质量审查机构已成立,建立了执行建筑施工图审查标准办法,配套的岩土工程各类技术规范与规程及其法规三十余部相应出台。实施岩土工程及注册师制度后,打破了过去专业过细过窄的界限,拓宽了岩土行业技术人员全面掌握多学科知识,同时拓宽了技术知识服务领域,全面提高了岩土工程专业技术人员解决实际问题的能力。我国岩土工程与世界同步发展,已进入到第四次浪潮。

  众所周知,岩土工程建设对自然环境要有所改变是事实,这种改变首先是考虑有利的改变这也更是事实。钱七虎专家说得好,“我们不能因噎废食,更不能对岩土工程建设第四次浪中的杂音随声附唱,......”,例如,20世纪90年代国际上个别专业组织反对中国修建长江三峡工程。当今,中国三峡大坝的成功建成,千秋伟业,功在当代,再也看不到长江流域(江水分洪)洪灾的恶劣环境。中国正沿着岩土工程的第四次浪潮改造大自然、大环境、以利于人类可持续发展的方向顺利发展。南水北调、青藏铁路、西气东输、城际高速铁路、汶川大地震快速恢复重建等重大工程建设,彰显了中国当代岩土工程科学技术发挥的巨大作用。近十几年来,岩土工程建设丰富了本学科的理论发展,岩土工程的支学科还在涌现。2005年由上海科学出版社出版的孙钧教授等著的《城市环境土工学》,作者以上海市及其它城市的典型建设工程为实例,就地下工程方面是一部讨论城市工程建设中因各类地下工程与软土隧道施工活动带来工程周近环境土公害及其施工变形预测和控制等方面一系列环境维护与安全问题的学术专著。岩土工程理论应用于全国各城市工程建设中形成了友好城市岩土工程。例如,李相然、贺可强、姚志祥、郭金桥等编著的《城市坏境岩土工程问题与防治技术》一书于2007年由中国建材工业出版社出版。内容包括:城市环境岩土问题的主要类型、环境岩土工程与环境岩土工程问题、城市环境岩土工程的物理变形问题、城市环境岩土工程的化学变形问题、城市环境岩土工程问题的防治技术、城市环境岩土工程问题的预测技术、监测技术与方法、风险评价与治理技术。

  纵观岩土工程学科及其技术理论上有的发展与创新。横观岩土工程在诸多领域仍然研究不足、探索不清。基础施工中涉及岩土结构、地下水问题解决不准。例如,湖北劲牌有限公司保健酒基地二期联合车间工程地下建筑抗浮问题[16]。因地下水问题评价不清。基坑周边地下水补给、排水条件未查明而未提供抗浮水位,也未作抗浮设计,更没有施工抗拔桩,地下室的地下基础为梁板式钢筋砼筏基基础类型。一栋四层的车间工程主体完工后,因地下水作用使地下室整体上浮,梁板开裂,后经处理基础的修复费用达数百万元。

  

  5结语

  

  水工环地质与岩土工程两个专业学科都是地球地质大学科的支学科,两个支学科的共同持点与目标相互一致,都是怀抱地球,面向大自然,为地球的永生及人类与大自然生命的存在,用自身的科学理论与工程实际相结合去了解自然与改造自然。这就是本行学科共同持点与目标。水工环与岩土学科的理论体系一脉相承,互为一体,谁也离不开谁,同属自然科学。用学科过硬知识与技术解决工程建设中的实际问题,学科的理论体系还得依靠多支学科合作,进一步发展,技术创新,理论创新,水工环与岩土工程技术工作的理论与实践水平都将有新的重要突破。

 

参考文献

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[3]黄润秋,面向21世纪工程地质的发展[J].岩土工程界,1999.

[4]史佩栋等.千年更替话岩土[J].岩土工程界,2001(1).

[5]钱七虎.岩土的第四次浪潮[J].岩土工程界,1999( 8).

[6]林学钰.现代水文地质学[M].北京:地质出版社2005.

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[10]陈梦熊.环境地质工作的最新发展与今后任务中[J].中国地质,1990( 8).

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[12]林学钰.现代水文地质学,地质出版社20054

[13]陈政治.论武钢乌龙泉矿区岩溶裂隙地下水水量与水资源开采评价[J].工程勘察2006(增刊).

[14]宁国民等,控制铜录山古矿冶遗址地面加剧变形的对策地[J].地质会刊,2008.

[15]史佩栋等,千年更替话岩土[J].岩土工程界,2001,(1).

[16]陈政治.地下建筑抗浮失效案例分析及处理[J].资源环境与工程,2009(1).

 

   

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