基于環境巖土工程的問題探討

左志榮

（西安創新學院 建工系，陜西 西安 710100）

基于環境巖土工程的問題探討

左志榮

（西安創新學院 建工系，陜西 西安 710100）

隨著我國經濟的持續增長，基礎設施建設的迅猛發展，巖土工程在國民經濟發展中的作用和地位隨之加強，巖土工程的應用步伐也隨之加快，相應的各類巖土問題逐漸顯現出來，人們也越來越意識到人類活動對環境產生的負面影響：水土流失、森林草地的破壞、氣候失調、水源短缺、污染嚴重、垃圾成災等等一系列環境問題導致了巖土承載力下降，各種巖土問題如何解決已經成為當前的熱點.本文研究分析了多種環境巖土問題，并對環境巖土工程進行了展望.

環境；巖土工程；存在問題；展望

巖土問題是環境巖土工程問題的重點研究對象，通過巖土的組成、受力性能等的分析，利用科學、經濟等措施，在滿足環保和巖土的承載能力的前提下解決巖土問題，以得到先進的技術為環境巖土工程服務.

1 環境巖土工程的產生

環境巖土工程學是因為人類重視環境問題而逐步發展起來的，它是環境科學與巖土工程互相交叉的結果.環境巖土工程直觀上還是容易理解，但給它下定義還是比較困難的，在不同著作中有不盡一致的論述.尤其是同期出現的”環境地質學”、“環境工程地質學”和“綠色巖土工程”等分支學科，在有些問題上具有交叉性，引起一些爭論.環境巖土工程學的創始人，美國麻省大學方曉陽認為，環境巖土工程學是跨學科的邊緣科學，它覆蓋了在大氣圈、水圈、巖石圈以及地質微生物圈等多種環境下土和巖石及其相互作用的問題，主要是研究在不同環境周起作用下水土系統的工程性質.

2 環境巖土工程的領域

環境巖土工程學研究的領域比較廣泛.環境巖土工程的研究內容大致分為三個領域：

(1)環境工程.指用巖土工程的方法來抵御由于天災引起的環境問題，如抗沙漠化、洪水、滑坡、地震、火山、海嘯等；

(2)環境衛生工程.指用巖土工程的方法來抵御由各種化學污染引起的環境問題，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環境問題.如深基坑開挖引起地面沉降、邊坡位移，地下隧道掘進時對地面建筑物的影響，在密集的建筑群打樁時由于擠土、振動、噪音等對周圍環境的影響.

3 環境巖土工程中常見問題

除了我們目前經常進行的地質災害的治理之外，環境巖土問題可能將的未來巖土工程發展的一個重要方向.我們把環境巖土問題歸納為，人類工程與周邊巖土環境產生不和諧對抗的問題，人類工程對巖土環境的不適當改變，導致巖土環境對人類的懲罰.概括起來分為以下幾類：

3.1 巖土資源的超量開采.在許多國家，地下水管理制度都是從零起步發展到現在的程度，最大的變化是由一味地強調資源的開發轉變為對資源的管理，并提高了地下水系統的利用效率.許多重要含水層的地下水開采量都超過了含水層系統的允許開采量，通常稱為“過度開采”.當實際抽水量遠遠低于允許開采量時，也存在同樣的情況.例如，澳大利亞在2000年調查了全國的538個地下水管理單位，其中57個的抽水率超過了長期的開采量.水資源管理者正在不斷尋求解決減小開采量的方案，在某種程度上是一種“可持續發展”.對于大量的巖土資源我們不能盲目開采，應遵循四為原則：規劃為先，為巖土資源管理提供科學決策，節約集約為魂，為巖土資源管理拓展空間，市場為要,為巖土資源管理注入活力，制度為本，為巖土資源管理提供保障.

3.2 地下作業導致地面沉降.近年來,隨著城市建設的飛速發展,地面沉降對城市建設的影響日益顯著.它分布廣,最集中于城市范圍內,其變化過程一般不易被人察覺,但危害性相當大.它能造成鐵路中斷、建筑物開裂、市政設施破壞、海水入侵等,其嚴重后果已引起了人們的高度重視.例如，西安市的地面沉降主要發生在城區和近郊區.從1959年開始大范圍的水準測量以來，截止2003年，累積沉降量超過200mm的范圍，西起魚化寨，東到紡織城，南抵三爻村，北至辛家廟，面積為145.5平方千米.西安市區地面沉降，主要是過量開采承壓水引起水位大幅度下降導致開采層段地層失水壓密造成的，其次是區域構造活動引起的沉降.地面沉降的持續發展加劇了西安地裂縫的活動，給西安市的市政設施及城市建設造成很大危害，因此有效地控制地面沉降已成為一項非常緊迫的任務，具體措施：首先理順了地面沉降防治的管理體制，其次進一步明確了地面沉降危險性評估制度，再次明確加強對建筑施工中的深基坑設計與施工管理，最后明確了對違法行為的處罰.

3.3 由于城市發展引起的巖土工程問題城市垃圾 (包括工業廢棄物)的衛生填埋和處置一直是環境巖土工程研究的主要內容，巖土工程十分關注對于廢棄物填埋場、過去工業活動造成污染土地的除污措施.歐美等發達國家都有一整套填、埋場的規劃、勘探、設計和運行規范.與此同時，將工業廢棄物如：粉煤灰、煤矸石等應用于工程建設，既解決了環境污染問題，又為巖土工程發展開辟了新的天地.與汽車業相關的問題越來越引起環境巖土工程界的關注，廢輪胎的處置和再利用已引起了環境巖土工程界的重視.用廢輪胎作為各種巖土工程用的輕質材料，如填加料，可明顯地減少地基或路基沉降，增強地基或路基的整體穩定性；由廢舊汽車輪胎生產的橡膠土是一種新的輕質多孔隙建筑材料，可以應用于包括路堤、擋土結構、山坡填土、地下廠房回填、道路填工、土地開墾在內的巖土工程中.在環境巖土工程領域，這是一個有著相當廣闊前途的發展方向.

3.4 放射性核廢料和石油儲備引發的巖土工程問題，近年來以核電利用為代表的核能利用的迅速增長，核廢料處理問題也越來越突出，其永久安全性及其對地質環境和生物圈的長期影響是人們十分關注和擔憂的問題.對中低放射物，一般采取近地表方式進行最終處置；而對于易燃料，則是采取深地質處置方式進行最終處置.在地質貯置環境中，在自然和人類活動的影響下，要保證處置庫的長期(1~10萬年)安全性，防止被處置的廢棄污染進入生物圈并危害人類居住環境，是環境巖土工程的重要研究內容.在相當長一個時期內，石油和天然氣仍然是重要的基礎能源，一旦能源發生危機，將會破壞經濟發展，引起社會的嚴重動蕩.地下能源儲庫是一種平時和戰時都極為安全、穩妥的儲存方式，是高度戰略安全的儲庫.就目前來看，地下儲存有巖體(一般為花崗巖)中水封儲存和鹽巖中溶腔儲存等方式.不管那種儲存方式，都必須研究它們和儲存介質的作用問題，這也是環境巖土工程新的研究方向.二氧化碳氣體的大量排放是全球氣候變暖的元兇，為了解決這個問題，許多國家已經著手開始了將二氧化碳氣體深埋的研究，這其中很重要的就是涉及二氧化碳氣體與存儲巖土體介質的作用問題.對環境巖土工程而言，這也是一個新的課題.

3.5 氣候變暖引起的巖土工程問題，全球氣候變暖對人類社會的影響已經在國際上引起了廣泛的關注.從宏觀上來看，氣候變暖所引起的環境巖土工程問題有兩個主要方面：第一凍土問題，近幾十年來，青海高原凍土區地溫顯著升高、凍結持續日數縮短、最大凍土深度減小、多年凍土面積萎縮、季節凍土面積增大、凍土下界普遍上升，高原凍土呈現出總體退化趨勢.凍土的空間分布表現為極穩定帶向不穩定帶轉化.凍土的穩定性遭到破壞，使得建筑物的結構破壞嚴重，路基融化下沉加劇、道路邊坡融凍泥流與滑塌、路基隧道凍脹及冰丘與冰椎等災害也有加重的趨勢.就是新開通的青藏鐵路，也不得不考慮若干年后的路基凍融及由此引起的沉陷.第二海平面上升從環境巖土工程學的范疇來看，海平面上升，將會使沿海地區地下水位上升，引起淺基礎承載力下降，砂土地震液化加劇，建筑物震陷加劇.還會帶來土壤沼澤化、鹽漬化等一系列問題.需要指出的是，由于海平面上升引起的抵御海水侵襲的防護設施（海堤等）的維護更新、其它市政設施（沿海城市的防洪堤壩、城市橋梁等）的使用和養護等越來越引起關注.

3.6 自然災害引發的巖土工程問題，據統計，近年來我國滑坡、泥石流、洪水等自然災害有不斷增加的趨勢，給人民生命財產帶來了巨大的損失.在建設和諧社會的歷史背景下，加大自然災害的預防和治理力度，具有更深遠的意義.全國范圍內的地質災害的預警體系正在逐步建立，地質災害的防治手段也在不斷加強.利用巖土工程的基本原理和技術手段，有效地對這些災害加以預報、預防和治理，最大限度地減少這些災害所帶來的不利影響是環境巖土工程的重要內容.

3.7 礦山開采引發的巖土工程問題，大規模的礦山開采引起的環境巖土工程問題主要表現在：地下開采引發的地表沉降、坍塌和山體滑坡、崩塌；露天開采造成的地表植被破壞及其引發的水土流失；采礦爆破作業誘發的地震；礦區排水疏干及礦床開采導致地下水位下降和水資源流失.此外，礦業固體廢棄物堆置不當也會引發爐渣場和尾砂庫泥石流、尾礦沙塵暴等環境巖土工程問題.

4 環境巖土工程處理方法

現在不少專家在研究巖土環境的治理問題，主要集中在事后處理之上.其實環境巖土的研究工作應該首先確立巖土環境的觀念，明確我們周圍的巖土環境具有其自身的運動變遷規律，我們是尊重其規律，去利用它，而不是一味強調征服它改變它，要盡量維護巖土環境自身的穩定.我們的有些大工程太過于強調人類的力量了，結果受到大自然的無情懲罰.

其次，我們應把巖土環境的保護放在第一位，治理放在第二位.因此，巖土環境的監測與保護應成為環境巖土的重要研究對象.我們再不能等到河水已經污染得不成樣了再來談河的治理一樣來談巖土工程的環境問題.

最后，我們應該把環境巖土工程的應用領域進一步拓寬，不光是要打破目前的部門界限、行業界限，更重要的是要讓社會了解環境巖土工程的重要性，增加這方面的投入，象地質災害這方面的投入已經比較多了，中央臺還搞了地質災害的預報.城市環境巖土這一塊其實與大家關系也很大，我們需要加大宣傳力度.

5 環境巖土工程現狀及未來

21世紀，我國進入了大規模工程建設時期.從沿海地區開始，逐步向內陸擴展，高層建筑、地鐵、道路交通、隧道等等的建設以及城市化進程步伐的加快向環境巖土工程不斷提出新的挑戰.同時，自然環境的變化，地震、洪澇災害的頻頻發生，溫室效應的加劇，水土流失，土壤退化等大環境問題，也引發了一系列新的環境巖土工程問題.相對發達國家來說，我國的巖土工程工作者面臨更為艱巨的任務.一方面，我國正處于大規模工程建設時期，有許多工程問題需要解決;另一方面，基于可持續發展要求，我們面臨嚴峻的環境保護與治理工作.在環境巖土工程問題上，未來幾年應重點研究并解決下面幾個問題.其中，西部問題，包括生態環境建設與保護區域穩定性與地下工程.東部問題，包括大城市地面變形不穩定性、懸河化水資源、水環境等.在一些應用方面還急需解決的問題如下：衛生填埋場的設計問題;大規模工程建設的區域環境巖土工程問題評估;城市施工影響環境巖土工程問題;巖土工程手段在環境的治理中的應用等.

環境巖土工程作為一門應用科學和技術，在自身的發展中正經歷著一個重要的階段、并面臨著新的挑戰和機遇.環境巖土工程學科發展方向與土木工程建設發展態勢密切相關，它們相互滲透和銜接，巖土工程體制的形成使環境巖土工程在資源、交通、城鄉建設、農田水利等領域發揮更重要的作用，我國地域遼闊，工程地質復雜，建設規模龐大，工程中遇到的巖土技術問題多，都是其他國家不能比的，所以更需要一門完整的環境巖土科學為工程建設服務.

〔1〕繆林昌，劉松玉.環境巖土工程學概念[M].北京：中國建材工業出版，2005.

〔2〕方江華，等.對環境巖土工程幾個問題的探討[J].巖土力學，2005（4）.

〔3〕張志軍.淺談環境巖土工程[J].山西建筑，2003（4）.

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1673-260X（2010）03-0120-02