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科学认识施工地质灾害

2014/6/26 17:13:27 中国图纸交易网 MaiTu.CC 【字体:

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近些年来随国家基础建设和城镇化步伐加快,工程施工过程中发生塌方、突涌水、崩塌和滑坡等地质灾害不断增加。媒体上不乏质疑乃至声讨之声,常以专家或院士出面解释或发布鉴定结果意见而收场。这些背后隐藏着怎样的问题?如何科学认识施工地质灾害?

科学认识施工地质灾害

施工地质灾害

  常言道“上天容易入地难”,那难在何处?不同于气象和航空的基于单一介质——流体的力学作用机制,入地要面临固液气三种介质的力学作用机制,其过程的复杂性和不确定性随之增加。结果是对地下三种介质耦合作用难以精细认识,而工程活动与地质体的相互作用动态复杂性便成了问题的症结所在。
  这些问题的解决需要工程地质、岩土力学、结构设计、施工管理等学科专业技术人员共同思考和讨论。这里将人类工程建设实施中引发的地质灾害称为施工地质灾害,其以工程地质问题的基本属性和工程事故的表现形式而区别于常见地质灾害的物理地质现象基本属性和自然灾害的表现形式。在对一些施工地质灾害的现场考察、理论分析和工程防治实施结果反馈等基础上,试着回答上述问题背后的一些需要澄清的科学问题。
  三个层次的问题
  毋庸置疑,施工地质灾害产生的背后,不同程度地存在着三个层次的问题:科学问题、技术问题和管理问题。
  科学问题是隐含的或超出现有常规经验和规范手册的,技术问题是所采用的施工方法和机械设备是否与地质体匹配、安全而高效,而管理问题多表现为表面和直接。很多情况下这三个层次的问题不是孤立出现,而往往交叉在一起。
  在地质复杂而难以全部认清、工程类型新或规模大而对地质条件有较高要求情况下,工程与地质体相互作用及变形破坏的滞后性,已成为目前研究的热门科学问题,尤其是地质工程的长期强度和深部力学行为更是研究中所面临的两大难题。
  在探测技术、动态监控技术方面还存在一些辨识精度、动态变化实时监控不足等问题。这也是促成我国近年来地质工程领域大量专利纷纷研制出笼的动力所在。至于管理问题,在地质条件简单而工程很常规的情况下,出现的施工灾害不应是地质灾害。一味地以地质条件复杂性为由为自己申辩,就不再是技术问题而是推托责任了,需要严格监督和改正管理的疏忽或漏洞。
  一旦出事故或方案变更,就往往轮到地质勘察者挨打板子;在不加深入调查的情况下就认为地质条件复杂,甚至在没有给予查明的情况下,就让地质勘察者承担了全部责任,这点需要给予客观公正的认识和评判。
  工程岩体力学三要素独特性
  与工民建相比,工程岩体力学三要素,即材料、结构和应力都有着复杂而多变的特点。
  岩土体材料是经历了万亿年沧海桑田的地质历史而形成,表现出很大的材料非均质性;经过不同火成、水成和变质等环境的塑造和内外动力地质作用的改造,不同规模尺度、地质学特征和力学性质的断层、节理等结构面使地质结构表现出非均质性和各向异性等特色。
  多期次构造运动使地质体具有了应力记忆,表现出不同深度、不同时间段地应力方向和大小的变化,而工程施工爆破、地震的发生、卸荷开挖等,又产生了二次应力场。地下渗流、温度场以及因各种原因形成的裂隙和空洞也参与了作用。
  在此还要指出的是,工程轴线、最大地应力方向与控制性结构面之间存在多种复杂组合关系,在规划设计时往往难以全部满足它们的最佳匹配。在不同组合和埋深条件下有可能出现各种问题,一定条件下还将导致地质灾害的发生。
  地质演化长期性与施工扰动
  短时性和时间差

  地质体本身是漫长地质历史时期的产物,其物质成分的非均质性、结构的各向异性、地应力的时空变化性都是长期地质演化的结果。自然界削高填平等夷平过程是大自然的发展趋势,而地震、火山、海啸等动力地质作用所造就的山崩地裂、陆地变迁和形貌改观,则是自然界力量的展现形式。
  这些主要矛盾或力量靠现有人类活动或工程去抵御或防治是不现实的,代价会极其高昂,最好的解决方法是空间上合理避让和时间上预测预警。在现有土地资源日益紧张而最好的地段大多已被原有工程所占据的情况下,现在大规模工程不断向原来条件不尽理想的地区拓展,施工开挖和堵排水等对地质体的改造和扰动作用在很短时间内就可以完成并出现有利或不利结果。
  地质演化的长期性、降雨或地震的短时爆发性、工程施工扰动的瞬时性,使得这些不同周期变化的作用叠加,并出现局部叠加放大或相互抑制的情况。这些是按照常规静态规划设计所难以认识和解决的问题。因此,需要用发展的眼光、时间差的观点(采取工程措施使地质体不在工程寿命期限内发生灾变)来分析,运用动态调控技术来解决。

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