低應力條件下的巖土工程及防災減災問題

何俊鋒 李加強 廖恒

摘 要：現階段，學者在巖土工程的研究多集中在中、高應力條件下土石料的運行狀態，相比之下，對低應力條件下的巖土工程研究較少。對不同應力條件下的巖土工程做比較可發現，低應力條件的土石料計算參數與中、高應力條件的計算參數是一致的，但在土石料的強度和變形上存在差異，因此，需要對當前低應力條件下的巖土工程有所研究。本文以葛洲壩為研究對象，分析低應力條件下的巖土工程構造以及防災減災問題的探析，試圖提高葛洲壩防洪的能力，鞏固堤壩建設。

關鍵詞：低應力；巖土工程；防災減災

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.090

在水利水電工程的建設中，涉及的巖土工程面較廣，從葛洲壩的巖土工程建設來看，主要涉及壩基、堤防、邊坡以及土石壩等構筑物上，而要保證這些土質構筑物的穩定性和安全性需要從抗滑穩定性、變形量以及液化評價方面出發，此外，還要對低應力條件下的土石料的參數進行取值，這樣才能基本保證堤壩的使用質量。

1 低應力條件下的巖土工程概述

為了得出系統的關于低應力條件下的巖土工程方面的總結，需要對低應力條件下的巖土工程進行研究，當前關于低應力條件下的巖土工程的研究主要體現在以下幾個方面上：

1.1 開發月球資源

在關于月球資源的探測上需要用到低應力條件下的巖土技術，月球的探測一直是我國進行太空探測工作的重要組成部分，在月球的探測上主要是對月壤的探測，研究月壤的巖土性質，對月球的開發以及月球構筑物的設計具有顯著的作用。并且由于月球處于地球的外太空環境中，因此其月壤的巖土性質存在差異，考慮月球的重力加速度以及月球的引力來對巖土的應力條件作出具體的分析，是低應力條件下巖土工程的研究重點。

1.2 探討土工建筑物上淺層土的特質

由土石壩構建的模型圖可知，抗震能力較弱的部位是壩坡和壩頂，因此，振動較大時，壩坡會出現淺層土質的滑落現象，此現象與低應力條件下的巖土工程性質有關。由葛洲壩為實例進行分析，地震發生時，滑坡現象出現最明顯的地方是堤防和土石壩，滑坡深度在6m左右，上部的應力有效值小于100Kpa，并且地震發生時由于滑坡會造成堤壩水位下降，減弱其防洪能力。此外，對高鐵的路基建設同樣需要考慮振動因素，對路基的變形和穩定的分析是低應力工程的研究方向[1]。

1.3 關于地基液化方面

地震發生時，大多數的震害與地基液化有關系，由收集整理的資料來看，在低應力條件小于100Kpa的情況下，地基發生液化主要在上覆，小部分的液化發生在100-149Kpa應力值之間，在149Kpa以上的應力條件下液化現象較少發生，從葛洲壩的數據資料來看，當砂層上部的有效應力超過93Kpa時，砂層不會出現液化現象，而砂層不超過88Kpa時則發生液化現象，因此可知，地基液化與上覆的應力值有密切的關系，低應力條件下易發生液化。

1.4 對實驗結果的解析

低應力條件下的土石料性質的掌握是源于對壩體或地基的淺層原位現場實驗結果得出的結論，土石壩的實驗需要利用現場取樣運載的方式送到實驗室，要求滿足實驗室進行實驗的密度條件。由于土石壩覆蓋層結構穩定，原位效益突出，導致原狀樣不明顯。所以，對土石壩的實驗可采取原位實驗的方式分析巖土工程的性質，因為模型無論如何成熟都不能與原型完全吻合，原型除了需要對中、高應力條件下的土石料性質把握，還需要對低應力條件下的土石料性質有所了解。

2 促進防災減災工作的巖土工程分析

2.1 對壩堤與河道進行勘測與研究

葛洲壩要提高防災減災水平，需要對低應力條件下的巖土工程有所研究，尤其是其低應力在防震以及地基液化現象等方面的研究，這樣才能做好防災減災的巖土工作。巖土工程在葛洲壩的防災減災的中，首先需要組織巖土工程和地質工程方面的專家對干堤、堤基、河床、河道以及周圍的地層進行勘測和分析，掌握關于葛洲壩巖土方面的第一手資料，然后結合當地的實際情況確定加固的堤壩段、維修段以及修筑段。清理疏通河道，提供通暢的渠道，完善監控預警系統[2]。

2.2 增強對堤防工程的基礎性研究

對葛洲壩的防災減災問題進行研究，需要增強對堤防工程的基礎性研究，將洪水以及堤壩的共同作用機理放在一起分析，具體包括高水位下的滲透工程、堤防工程的砂土液化以及水流管涌產生的條件。此外還應包括對壓浸臺和河流動力模型的研究分析，研究基礎性堤防工程的受力穩定以及基本形態，為制定防災減災措施提供理論支持。

2.3 提高對新技術、新材料的研究使用

在防災減災問題的巖土工程研究上，應該增強對新技術、新材料的使用，包括對新的堤壩結構、土質結構等方面的研究，同時更新巖土勘測的設備和勘測技術，保證及時、快捷的檢測堤壩的各項結構。同時加快對土石合成材料研究的步伐，提高防滲透的技術，如采用泥漿槽制作連續墻、鋪塑技術以及旋噴等方法，做好葛洲壩的加固和治理工作。

2.4 做好對水泡構筑物的安全評價和治理

葛洲壩的防災減災工作的措施除了前期的勘測和加固工作外，還要包括對水泡構筑物進行合理的安全評價和治理，提高對水泡建筑物的安全評價能力和整治技術，首先需要確定水泡和水毀的建筑物體，然后對此展開安全評價，根據不同的安全因素展開具體的整治措施，提高葛洲壩應對災害的能力。對不利于葛洲壩實際工作的構筑物進行重新修筑和恢復，對破損一般的建筑物實行維修和加固措施，從而提高堤壩的安全系數。

2.5 加大對堤壩巖土工程的研究力度

就葛洲壩的巖土工程來說，其研究的力度是不夠的，今后的工作開展應針對低應力條件下的巖土工程展開具體的研究，進而從巖土工程著手提高防災減災的能力和水平。在地理信息系統、沿江堤防以及河道的地層信息系統上加大開發力度，同時巖土專家要建立關于該地質的信息管理系統，以便隨時進行地質的查看和研究。

3 總結

低應力條件下的巖土工程是當前巖土工程研究的主要方向，同時，做好葛洲壩的防災減災工作、研究堤壩的防災減災問題都離不開對低應力條件下的巖土工程的研究，需要巖土工程學者加大低應力條件下巖土工程及防災減災問題的研究力度，提高堤壩防災減災的能力和水平。

參考文獻：

[1]欒茂田，劉功勛，郭瑩等.復雜應力條件下原狀飽和海洋黏土孔壓與強度特性[J].巖土工程學報，2011，33（01）：150-158.

[2]大會組委會.第五屆全國環境巖土工程與土工合成材料學術研討會一號通知[J].防災減災工程學報，2018（01）.