摘要： 随着经济社会的发展, 环境问题也日益突出, 产生了许多影响生产生活的负面效应。论文从环境岩土工程学科研究的问题出发, 根据近年来环境岩土工程的发展状况, 对资料信息的收集整理, 分析了环境岩土工程所面临并需要解决的主要问题, 认为环境岩土工程的研究应以系统理论为指导;环境岩土工程的发展潜力很大, 有待于在理论上和实践中进一步得以发展和完善。
关键词： 环境岩土工程; 基本问题; 研究方向; 发展趋势;
1 环境岩土工程的研究内容
环境岩土工程的研究内容主要包括三类:环境工程、环境卫生工程和人类引起的环境问题。环境工程指利用岩土工程的方法解决自然原因引起的环境问题, 如抗滑坡、沙漠化、洪水、地震、海啸、火山等;环境卫生工程指解决化学污染等原因引起的环境问题, 如城市废弃物处理、污泥处理等;人类引起的环境问题主要为工程活动引发的问题, 如打桩时挤土、噪音等对周边建筑物的影响、隧道开挖对地上建筑的影响等。
2 环境岩土工程研究方向
2.1 卫生填埋场设计
有数据显示, 我国每年城市生活垃圾高达6000万吨, 且仍以每年10%的速度激增。而国内现有垃圾处理方式主要为填埋, 但除个别填埋场经过完善的设计、施工、维护外, 绝大多数中垃圾填埋场处理较为简单甚至未经处理, 从而成为新污染源。针对此类问题, 借鉴先进国家的成功经验, 制定国家强制性标准, 研究、设计、建设适合我国国情、社情的卫生填埋场, 以避免二次污染迫在眉睫。
2.2 大规模工程建设区环境岩土工程评估
对大规模工程, 需在充分进行环境影响评估的基础上, 论证是否施工方案。
2.3 城市施工影响环境岩土工程问题
由于土力学和土体工程性质的复杂性, 加强对施工工艺的研究具有重要的现实意义, 但国内对这一问题的研究尚不深入, 理论研究与工程实际也未能较好的结合。因此随着对于更精确研究结果的需求愈加迫切, 加强校企合作、产学研合作, 在施工工艺与设备上加强研究, 将成为解决环境影响问题的重要研究方向。
3 环境岩土工程研究主要课题
3.1 地下水渗流与污染源迁移
研究地下水渗流问题, 应当选择是否考虑多孔介质体材料的渗流固结。当考虑渗流固结时, 会涉及多孔介质的本构行为和流固耦合作用, 从而使问题趋于复杂。但在对过量抽取地下水引起地面变形的研究中, 渗流固结却是研究的主要方面。关于污染源迁移的研究主要集中于流体携带污染物的分布及扩散规律[1]。
3.2 地下水开采引起的地面变形危害评估与整治措施
由于过量抽取地下水引起的地面竖向沉降与水平位移是在较大空间内发生的变形, 在一般情况下, 这种变形较为均匀, 对地面建筑物的危害相对于地下生命线工程较小, 前者更多的为绝对标高的变化, 而后者由于土体-结构相互作用而会在结构内部引起较大附加应力乃至强度破坏、甚至酿成更大的工程事故[2]。所以, 研究地下水开采引起的地面变形的危害性应着眼于地面变形对地下结构物和管网设施的影响, 根本目的是动态地预测在未来水文地质条件下地面变形趋势和可能的地下工程设施强度问题, 并且根据预测结果虚拟相应的工程防控措施。
3.3 地下结构工程的施工安全性仿真分析
与地面工程的施工力学问题相比, 地下结构工程在加荷形式、岩土体本构行为、材料力学模量的模糊不确定性、岩土体-结构相互作用等方面都更为复杂。正是由于这些复杂的因素, 地下结构工程的施工风险性更大、经验性更强、可预见性更差等特点, 从而使得地下结构工程设计施工方案的安全性分析和仿真评估很有必要。
3.4 边坡稳定性及工程防治措施的研究
开展这个方向研究的目的在于通过大量工程实例调查和理论分析, 总结出边坡岩土体滑坡治理措施的使用条件与有效性方面的经验, 以此为其他类似边坡危岩土体稳定性分析和滑坡治理工作提供经验上或理论上依据[3]。此外, 还有望通过该方向的工作, 结合实践创造出一些新的、适用性强的工程技术手段, 并给出与新方法相应的、可推广的设计理论, 这方面国内外已有较多成功先例, 如锚固及土工织布加筋技术。
3.5 桩基与土体共同作用和深基础抗震问题
桩基抗震性能好、承载力大, 但因其土体力学行为的流变性和多相性, 群桩—承台—上部结构共同作用的力学机制很难分析。群桩基础的沉降量与极限力计算, 除了通过大量的工程实践总结之外, 更要依赖于土体—群桩—承台共同作用数值分析的突破。
4 多重因素诱发的环境岩土工程问题
4.1 问题的种类与影响因素
在大环境岩土工程问题中, 有部分环境问题是由自然因素主导, 人为因素诱发的, 如土壤退化、水土流失、温室效应和区域性滑坡等。其中, 区域性滑坡灾害的诱发原因是多方面的, 主要包括:工程活动中开挖坡脚、蓄水放水, 劈山开矿的爆破作用, 不合理的弃土、弃渣、采石, 乱砍滥伐等。
4.2 研究现状
4.2.1 灾害风险评价方法与体系的研究
研究现状:目前业内采用比较普遍的泥石流风险评价方法是由成都理工大学铁永波提出的计算体系, 即数据收集—危险性评价统计模型—泥石流危险区划分—易损性评价—承灾能力评价—泥石流预期损失估算—风险评价。
4.2.2 监测预警机制的研究
研究现状:2000年, 我国学者提出了综合考虑不同层次降雨条件、泥石流形成环境背景、危险区社会经济条件的泥石流预警预报模式并投入气象预报系统和预警系统工作;中国科学院和国家气象局联合推出分辨率更高的地质灾害气象预报平台。
4.2.3 灾害发育特征及活动性
研究现状:部分学者通过对汶川地区泥石流灾害区的研究, 得出了汶川地震泥石流发育的基本特征, 如成都理工大学的铁永波得出, 强震区泥石流的灾害发育特征主要有三个方面, 即爆发频率相对震前有增高趋势, 震后泥石流以黏性泥石流为主和震后泥石流规模是震前规模的数十倍等。
5 结语
环境岩土工程是应用工程技术手段使工程活动与环境达到持久平衡的理论与实践, 其涉及方面广、影响因素多, 虽然已经能够对大部分的工程实践问题做出理论分析和研究, 但现在研究仍处于发展的幼年时期, 在理论模型、工程手段等方面的进一步拓展研究仍具有十分广阔的发展前景。随着经济的增长和工程建设规模的扩大, 环境岩土工程问题也将越来越突出, 这也必将进一步推动各学科的交融、新技术的产生、新材料的发明和新试验手段的涌现。在这些因素的推动下, 环境岩土工程学将继续在跨学科、数值分析、理论发展等方面飞速发展、走向成熟, 为人类改造自然做出更大贡献。
参考文献
[1]刘松玉, 詹良通, 胡黎明, 等.环境岩土工程研究进展[J].土木工程学报, 2016 (3) :6-30.
[2]缪林昌, 刘松玉.环境岩土工程学概论[M].北京:中国建材工业出版社, 2005.
[3]方晓阳.21世纪环境岩土工程展望[J].岩土工程学报.2000, 22 (1) :1-11.
