淺談巖土工程勘察

摘要：本文從巖土工程的定義、范圍、巖土工程與相鄰專業(yè)之間的關(guān)系，指出了巖土工程對(duì)自然條件的依賴性、條件的不確定性、參數(shù)的不確定性、測(cè)試方法的多樣性分析了現(xiàn)今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下巖土工程勘察的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)；巖土工程；勘察

1 巖土工程的定義

中國(guó)大百科全書(shū)定義為：“土木工程的一個(gè)分支，以工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程為理論基礎(chǔ)，涉及巖石和土的利用、整治和改造的一門技術(shù)科學(xué)。”

專家定義為：“土木工程的一個(gè)分支，研究巖土體（水）作為支承體、荷載、介質(zhì)或材料，必要時(shí)對(duì)其改良或治理的一門工程技術(shù)。”

以上表述方法雖不完全一致，但主要方面是相似或相同的。表現(xiàn)在：第一巖土工程是土木工程的一個(gè)分支；第二研究對(duì)象是巖石和土，包括巖土中的水；第三是一門技術(shù)科學(xué)或工程技術(shù)。

2 新時(shí)期巖土工程的外延

巖土作為支承體：房屋建筑、道路、橋梁、棄渣場(chǎng)、各種大型設(shè)備等等，都建造在巖土體上，巖土體作為地基，作為支承體，研究的主要問(wèn)題是承載力和變形問(wèn)題、穩(wěn)定問(wèn)題。

巖土作為荷載或自承體：邊坡工程、基坑工程、露天采礦工程等地面工程開(kāi)挖，隧道、地下洞室等地下工程開(kāi)挖，面臨的是另一類穩(wěn)定和變形問(wèn)題。這時(shí)，巖土體擔(dān)任的角色, 既可能是荷載，也可能是自承體。同時(shí)，地下水的時(shí)空分布狀態(tài)常常具有舉足輕重的影響。

巖土作為材料：填方工程，特別是大面積高填方、填海造陸，要用大量巖土作為回填材料；水工圍堰、水利大壩、填筑路堤等也用巖土作為當(dāng)?shù)夭牧希徒〔摹＿@些工程除了研究其穩(wěn)定和變形等特性外，巖土材料的質(zhì)量、數(shù)量、運(yùn)距和施工質(zhì)量控制是主要的巖土工程地質(zhì)問(wèn)題。

地質(zhì)災(zāi)害的防治：巖溶、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)工程構(gòu)成嚴(yán)重威脅，防治工程必須針對(duì)具體地質(zhì)條件和地質(zhì)演化規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)也是巖土工程的一部分。

環(huán)境巖土工程：隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的重視，地質(zhì)和水文地質(zhì)環(huán)境的評(píng)價(jià)、廢棄物的衛(wèi)生填埋、土石文物的保護(hù)等等，都涉及復(fù)雜的環(huán)境巖土工程問(wèn)題，環(huán)境巖土工程正日益受到更大的重視。

以上各類工程，不僅涉及天然巖土，還包括各種人工土，包括對(duì)天然土的加固和改良，利用排水、壓實(shí)、加筋、改性、注漿、錨定、設(shè)置增強(qiáng)體等人工改造方法，改變巖土體的強(qiáng)度、變形和滲透等性能。巖土加固和改良是巖土工程的重要組成部分，也是近年來(lái)新興起來(lái)的一門新的巖土工程技術(shù)。

3 巖土工程和其它專業(yè)的關(guān)系

3.1 巖土工程與工程地質(zhì)的關(guān)系

二者的區(qū)別：工程地質(zhì)是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支，是研究與工程建設(shè)有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。工程地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生源于土木工程的需要，其本質(zhì)是一門應(yīng)用科學(xué)；巖土工程是土木工程的一個(gè)分支，其本質(zhì)是一門工程技術(shù)。從事工程地質(zhì)的是地質(zhì)專家（地質(zhì)勘察師），側(cè)重于研究地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)成因和演化過(guò)程、地質(zhì)規(guī)律、地質(zhì)與工程的相互作用；從事巖土工程的是工程師，關(guān)心的是如何根據(jù)工程目標(biāo)和地質(zhì)條件，建造滿足使用功能要求和安全要求的工程或工程的一部分，解決工程建設(shè)中的巖土技術(shù)問(wèn)題。因此，無(wú)論學(xué)科領(lǐng)域、工作內(nèi)容、關(guān)心的問(wèn)題，兩者都是有區(qū)別的，各自的側(cè)重點(diǎn)不同。

但是，二者的關(guān)系又非常密切。有人說(shuō)，工程地質(zhì)是巖土工程的基礎(chǔ)，巖土工程是工程地質(zhì)的延伸，雖然不一定十分準(zhǔn)確，但有一定道理。巖土工程師面臨的巖土材料，無(wú)論性能和結(jié)構(gòu)，都是自然形成的，都是經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，是多種復(fù)雜地質(zhì)作用下的產(chǎn)物。對(duì)巖土的性能和結(jié)構(gòu)，只能通過(guò)勘察來(lái)查明，而又不能完全查明。一些關(guān)鍵性的問(wèn)題，需根據(jù)地質(zhì)規(guī)律推測(cè)或預(yù)測(cè)。尤其在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的山區(qū)，有經(jīng)驗(yàn)的工程地質(zhì)學(xué)家，通過(guò)大量的地面地質(zhì)調(diào)查，綜合分析就可大致判斷、推斷地質(zhì)構(gòu)造的框架、輪廓，利用物探、鉆探、槽井探等勘探手段揭示，由粗而細(xì)，由淺入深，構(gòu)畫(huà)出工程地質(zhì)模型。沒(méi)有地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)，哪能識(shí)別斷層、裂隙？哪能識(shí)別軟弱夾層和結(jié)構(gòu)面的空間分布形態(tài)？哪能說(shuō)清地下水的賦存條件和補(bǔ)給、徑流、排泄的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？如果要開(kāi)挖隧道，哪些地段會(huì)冒頂？哪些地段會(huì)突水？在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)，離開(kāi)了工程地質(zhì)專家，可以說(shuō)土木工程寸步難行。

3.2 巖土工程和結(jié)構(gòu)工程的關(guān)系

巖土工程和結(jié)構(gòu)工程關(guān)系密切，這是顯而易見(jiàn)的。無(wú)論房屋結(jié)構(gòu)或橋梁結(jié)構(gòu)，都建造在地基上。地基是否穩(wěn)定，直接影響結(jié)構(gòu)的安危；地基是否會(huì)產(chǎn)生過(guò)量變形，直接影響結(jié)構(gòu)的使用功能，產(chǎn)生的次生應(yīng)力可能使結(jié)構(gòu)超過(guò)設(shè)計(jì)極限。地基出了問(wèn)題又很難補(bǔ)救。因此結(jié)構(gòu)工程十分關(guān)心地基的穩(wěn)定和變形。現(xiàn)在，一般地基設(shè)計(jì)均由結(jié)構(gòu)工程師考慮上部結(jié)構(gòu)要求統(tǒng)一完成，只有復(fù)雜地基基礎(chǔ)問(wèn)題或需專門處理的地基才要求巖土工程師參與。同樣，巖土工程師在進(jìn)行地基的勘察設(shè)計(jì)時(shí)，必須詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)的型式、荷載及其分布，特別是基礎(chǔ)的型式和剛度，了解對(duì)地基變形的限制要求，以便有的放矢。巖土工程師與結(jié)構(gòu)工程師的密切配合至關(guān)重要。

結(jié)構(gòu)和地基是一個(gè)整體，相互作用，相互影響。地基的變形會(huì)改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，結(jié)構(gòu)的荷載分布和不同剛度會(huì)產(chǎn)生不同的地基變形。人們常常用調(diào)整基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)剛度的辦法來(lái)適應(yīng)地基變形，地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用分析是當(dāng)前的熱門話題。反過(guò)來(lái)，也可通過(guò)地基處理提高地基的承載力和剛度來(lái)適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的要求。

巖土工程與結(jié)構(gòu)工程，你中有我，我中有你，互相搭接，互相重疊的例子不勝枚舉。例如樁基礎(chǔ)，作為結(jié)構(gòu)的延伸，是結(jié)構(gòu)的一部分，但樁基的承載力和變形則主要取決于巖土，與巖土的關(guān)系更為密切。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)具備必要的巖土知識(shí)，巖土工程師也必須具備必要的結(jié)構(gòu)知識(shí)。

4 巖土工程的主要特點(diǎn)

巖石的裂隙性和土的孔隙性是巖石和土區(qū)別于混凝土、鋼材等人工材料的主要特點(diǎn)。

4.1 巖石的裂隙性

巖石總是或稀或密、或?qū)捇蛘⒒蜷L(zhǎng)或短地存在著各種各樣的裂隙，這是巖石區(qū)別于混凝土的主要特點(diǎn)。這些裂隙有的粗糙不平，有的光滑；有的平直，有的彎曲；有的充填，有的不充填；有的產(chǎn)狀規(guī)則，有的規(guī)律性很差。裂隙的成因復(fù)雜多樣，有巖漿凝固收縮形成的原生節(jié)理，有沉積間斷形成的層理，有構(gòu)造應(yīng)力形成的構(gòu)造節(jié)理，有表生作用形成的卸荷裂隙和風(fēng)化裂隙，還有變質(zhì)作用形成的片理、劈理等等，在巖石中構(gòu)成極為多樣非常復(fù)雜的裂隙系統(tǒng)。人們將巖石和裂隙視為一個(gè)整體稱為“巖體”，將裂隙概化為“結(jié)構(gòu)面”。搞清結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、參數(shù)和分布，是巖土工程勘察設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

4.2 土的孔隙性

根據(jù)土力學(xué)解釋：土是一種散體結(jié)構(gòu)的材料，存在孔隙。對(duì)于飽和土是固、液兩相；對(duì)于非飽和土，是固、液、氣三相。于是產(chǎn)生了有效壓力和孔隙壓力；孔隙壓力又有孔隙水壓力和孔隙氣壓力。在飽和土中，由于孔隙水壓力的增長(zhǎng)和消散，不同的加荷速率地基承載力不同；是否及時(shí)支撐, 對(duì)軟土基坑穩(wěn)定有不同的表現(xiàn)；滲透系數(shù)和地層組合的差別, 導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降速率的差別等等。飽和土中的超靜水壓力可導(dǎo)致擠土效應(yīng)，使樁被擠斷、擠歪和上浮；地震時(shí)的超靜水壓力導(dǎo)致砂土和粉土液化。非飽和土的孔隙氣壓力形成基質(zhì)吸力，基質(zhì)吸力隨著土中含水量的增加而降低，因而是不穩(wěn)定的。膨脹土和黃土隨濕度的增加而強(qiáng)度顯著降低，非飽和土基坑雨季容易發(fā)生事故，花崗巖殘積土邊坡暴雨容易發(fā)生淺層滑坡，都和基質(zhì)吸力降低有關(guān)。總之，把握好孔隙壓力是巖土工程的重要關(guān)鍵。

雖然巖土工程具有自身的特點(diǎn)，巖土工程計(jì)算不精確的原因有地質(zhì)條件、計(jì)算模式、計(jì)算參數(shù)三方面，尤其是計(jì)算參數(shù)最難把握。故首先要做好勘察，掌握地質(zhì)條件；其次是正確選用公式和軟件，并充分了解其適用條件和可能的偏差；還要強(qiáng)調(diào)信息化施工和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。事先的定量計(jì)算一般只是一種估算，只有原型實(shí)測(cè)最可信。監(jiān)測(cè)不僅是保證安全的重要措施，同時(shí)也是最可靠的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]《巖土工程基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT50279-1999）.

作者簡(jiǎn)介：呂迎春，（1976.6-)，1999年7月畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，畢業(yè)后一直從事本專業(yè)至今。