基于环境岩土工程的问题探讨

左志荣

（西安创新学院 建工系，陕西 西安 710100）

基于环境岩土工程的问题探讨

左志荣

（西安创新学院 建工系，陕西 西安 710100）

随着我国经济的持续增长，基础设施建设的迅猛发展，岩土工程在国民经济发展中的作用和地位随之加强，岩土工程的应用步伐也随之加快，相应的各类岩土问题逐渐显现出来，人们也越来越意识到人类活动对环境产生的负面影响：水土流失、森林草地的破坏、气候失调、水源短缺、污染严重、垃圾成灾等等一系列环境问题导致了岩土承载力下降，各种岩土问题如何解决已经成为当前的热点.本文研究分析了多种环境岩土问题，并对环境岩土工程进行了展望.

环境；岩土工程；存在问题；展望

岩土问题是环境岩土工程问题的重点研究对象，通过岩土的组成、受力性能等的分析，利用科学、经济等措施，在满足环保和岩土的承载能力的前提下解决岩土问题，以得到先进的技术为环境岩土工程服务.

1 环境岩土工程的产生

环境岩土工程学是因为人类重视环境问题而逐步发展起来的，它是环境科学与岩土工程互相交叉的结果.环境岩土工程直观上还是容易理解，但给它下定义还是比较困难的，在不同著作中有不尽一致的论述.尤其是同期出现的”环境地质学”、“环境工程地质学”和“绿色岩土工程”等分支学科，在有些问题上具有交叉性，引起一些争论.环境岩土工程学的创始人，美国麻省大学方晓阳认为，环境岩土工程学是跨学科的边缘科学，它覆盖了在大气圈、水圈、岩石圈以及地质微生物圈等多种环境下土和岩石及其相互作用的问题，主要是研究在不同环境周起作用下水土系统的工程性质.

2 环境岩土工程的领域

环境岩土工程学研究的领域比较广泛.环境岩土工程的研究内容大致分为三个领域：

(1)环境工程.指用岩土工程的方法来抵御由于天灾引起的环境问题，如抗沙漠化、洪水、滑坡、地震、火山、海啸等；

(2)环境卫生工程.指用岩土工程的方法来抵御由各种化学污染引起的环境问题，如城市各种废弃物的处理、污泥的处理等：

(3)人类工程活动引起的环境问题.如深基坑开挖引起地面沉降、边坡位移，地下隧道掘进时对地面建筑物的影响，在密集的建筑群打桩时由于挤土、振动、噪音等对周围环境的影响.

3 环境岩土工程中常见问题

除了我们目前经常进行的地质灾害的治理之外，环境岩土问题可能将的未来岩土工程发展的一个重要方向.我们把环境岩土问题归纳为，人类工程与周边岩土环境产生不和谐对抗的问题，人类工程对岩土环境的不适当改变，导致岩土环境对人类的惩罚.概括起来分为以下几类：

3.1 岩土资源的超量开采.在许多国家，地下水管理制度都是从零起步发展到现在的程度，最大的变化是由一味地强调资源的开发转变为对资源的管理，并提高了地下水系统的利用效率.许多重要含水层的地下水开采量都超过了含水层系统的允许开采量，通常称为“过度开采”.当实际抽水量远远低于允许开采量时，也存在同样的情况.例如，澳大利亚在2000年调查了全国的538个地下水管理单位，其中57个的抽水率超过了长期的开采量.水资源管理者正在不断寻求解决减小开采量的方案，在某种程度上是一种“可持续发展”.对于大量的岩土资源我们不能盲目开采，应遵循四为原则：规划为先，为岩土资源管理提供科学决策，节约集约为魂，为岩土资源管理拓展空间，市场为要,为岩土资源管理注入活力，制度为本，为岩土资源管理提供保障.

3.2 地下作业导致地面沉降.近年来,随着城市建设的飞速发展,地面沉降对城市建设的影响日益显著.它分布广,最集中于城市范围内,其变化过程一般不易被人察觉,但危害性相当大.它能造成铁路中断、建筑物开裂、市政设施破坏、海水入侵等,其严重后果已引起了人们的高度重视.例如，西安市的地面沉降主要发生在城区和近郊区.从1959年开始大范围的水准测量以来，截止2003年，累积沉降量超过200mm的范围，西起鱼化寨，东到纺织城，南抵三爻村，北至辛家庙，面积为145.5平方千米.西安市区地面沉降，主要是过量开采承压水引起水位大幅度下降导致开采层段地层失水压密造成的，其次是区域构造活动引起的沉降.地面沉降的持续发展加剧了西安地裂缝的活动，给西安市的市政设施及城市建设造成很大危害，因此有效地控制地面沉降已成为一项非常紧迫的任务，具体措施：首先理顺了地面沉降防治的管理体制，其次进一步明确了地面沉降危险性评估制度，再次明确加强对建筑施工中的深基坑设计与施工管理，最后明确了对违法行为的处罚.

3.3 由于城市发展引起的岩土工程问题城市垃圾 (包括工业废弃物)的卫生填埋和处置一直是环境岩土工程研究的主要内容，岩土工程十分关注对于废弃物填埋场、过去工业活动造成污染土地的除污措施.欧美等发达国家都有一整套填、埋场的规划、勘探、设计和运行规范.与此同时，将工业废弃物如：粉煤灰、煤矸石等应用于工程建设，既解决了环境污染问题，又为岩土工程发展开辟了新的天地.与汽车业相关的问题越来越引起环境岩土工程界的关注，废轮胎的处置和再利用已引起了环境岩土工程界的重视.用废轮胎作为各种岩土工程用的轻质材料，如填加料，可明显地减少地基或路基沉降，增强地基或路基的整体稳定性；由废旧汽车轮胎生产的橡胶土是一种新的轻质多孔隙建筑材料，可以应用于包括路堤、挡土结构、山坡填土、地下厂房回填、道路填工、土地开垦在内的岩土工程中.在环境岩土工程领域，这是一个有着相当广阔前途的发展方向.

3.4 放射性核废料和石油储备引发的岩土工程问题，近年来以核电利用为代表的核能利用的迅速增长，核废料处理问题也越来越突出，其永久安全性及其对地质环境和生物圈的长期影响是人们十分关注和担忧的问题.对中低放射物，一般采取近地表方式进行最终处置；而对于易燃料，则是采取深地质处置方式进行最终处置.在地质贮置环境中，在自然和人类活动的影响下，要保证处置库的长期(1~10万年)安全性，防止被处置的废弃污染进入生物圈并危害人类居住环境，是环境岩土工程的重要研究内容.在相当长一个时期内，石油和天然气仍然是重要的基础能源，一旦能源发生危机，将会破坏经济发展，引起社会的严重动荡.地下能源储库是一种平时和战时都极为安全、稳妥的储存方式，是高度战略安全的储库.就目前来看，地下储存有岩体(一般为花岗岩)中水封储存和盐岩中溶腔储存等方式.不管那种储存方式，都必须研究它们和储存介质的作用问题，这也是环境岩土工程新的研究方向.二氧化碳气体的大量排放是全球气候变暖的元凶，为了解决这个问题，许多国家已经着手开始了将二氧化碳气体深埋的研究，这其中很重要的就是涉及二氧化碳气体与存储岩土体介质的作用问题.对环境岩土工程而言，这也是一个新的课题.

3.5 气候变暖引起的岩土工程问题，全球气候变暖对人类社会的影响已经在国际上引起了广泛的关注.从宏观上来看，气候变暖所引起的环境岩土工程问题有两个主要方面：第一冻土问题，近几十年来，青海高原冻土区地温显著升高、冻结持续日数缩短、最大冻土深度减小、多年冻土面积萎缩、季节冻土面积增大、冻土下界普遍上升，高原冻土呈现出总体退化趋势.冻土的空间分布表现为极稳定带向不稳定带转化.冻土的稳定性遭到破坏，使得建筑物的结构破坏严重，路基融化下沉加剧、道路边坡融冻泥流与滑塌、路基隧道冻胀及冰丘与冰椎等灾害也有加重的趋势.就是新开通的青藏铁路，也不得不考虑若干年后的路基冻融及由此引起的沉陷.第二海平面上升从环境岩土工程学的范畴来看，海平面上升，将会使沿海地区地下水位上升，引起浅基础承载力下降，砂土地震液化加剧，建筑物震陷加剧.还会带来土壤沼泽化、盐渍化等一系列问题.需要指出的是，由于海平面上升引起的抵御海水侵袭的防护设施（海堤等）的维护更新、其它市政设施（沿海城市的防洪堤坝、城市桥梁等）的使用和养护等越来越引起关注.

3.6 自然灾害引发的岩土工程问题，据统计，近年来我国滑坡、泥石流、洪水等自然灾害有不断增加的趋势，给人民生命财产带来了巨大的损失.在建设和谐社会的历史背景下，加大自然灾害的预防和治理力度，具有更深远的意义.全国范围内的地质灾害的预警体系正在逐步建立，地质灾害的防治手段也在不断加强.利用岩土工程的基本原理和技术手段，有效地对这些灾害加以预报、预防和治理，最大限度地减少这些灾害所带来的不利影响是环境岩土工程的重要内容.

3.7 矿山开采引发的岩土工程问题，大规模的矿山开采引起的环境岩土工程问题主要表现在：地下开采引发的地表沉降、坍塌和山体滑坡、崩塌；露天开采造成的地表植被破坏及其引发的水土流失；采矿爆破作业诱发的地震；矿区排水疏干及矿床开采导致地下水位下降和水资源流失.此外，矿业固体废弃物堆置不当也会引发炉渣场和尾砂库泥石流、尾矿沙尘暴等环境岩土工程问题.

4 环境岩土工程处理方法

现在不少专家在研究岩土环境的治理问题，主要集中在事后处理之上.其实环境岩土的研究工作应该首先确立岩土环境的观念，明确我们周围的岩土环境具有其自身的运动变迁规律，我们是尊重其规律，去利用它，而不是一味强调征服它改变它，要尽量维护岩土环境自身的稳定.我们的有些大工程太过于强调人类的力量了，结果受到大自然的无情惩罚.

其次，我们应把岩土环境的保护放在第一位，治理放在第二位.因此，岩土环境的监测与保护应成为环境岩土的重要研究对象.我们再不能等到河水已经污染得不成样了再来谈河的治理一样来谈岩土工程的环境问题.

最后，我们应该把环境岩土工程的应用领域进一步拓宽，不光是要打破目前的部门界限、行业界限，更重要的是要让社会了解环境岩土工程的重要性，增加这方面的投入，象地质灾害这方面的投入已经比较多了，中央台还搞了地质灾害的预报.城市环境岩土这一块其实与大家关系也很大，我们需要加大宣传力度.

5 环境岩土工程现状及未来

21世纪，我国进入了大规模工程建设时期.从沿海地区开始，逐步向内陆扩展，高层建筑、地铁、道路交通、隧道等等的建设以及城市化进程步伐的加快向环境岩土工程不断提出新的挑战.同时，自然环境的变化，地震、洪涝灾害的频频发生，温室效应的加剧，水土流失，土壤退化等大环境问题，也引发了一系列新的环境岩土工程问题.相对发达国家来说，我国的岩土工程工作者面临更为艰巨的任务.一方面，我国正处于大规模工程建设时期，有许多工程问题需要解决;另一方面，基于可持续发展要求，我们面临严峻的环境保护与治理工作.在环境岩土工程问题上，未来几年应重点研究并解决下面几个问题.其中，西部问题，包括生态环境建设与保护区域稳定性与地下工程.东部问题，包括大城市地面变形不稳定性、悬河化水资源、水环境等.在一些应用方面还急需解决的问题如下：卫生填埋场的设计问题;大规模工程建设的区域环境岩土工程问题评估;城市施工影响环境岩土工程问题;岩土工程手段在环境的治理中的应用等.

环境岩土工程作为一门应用科学和技术，在自身的发展中正经历着一个重要的阶段、并面临着新的挑战和机遇.环境岩土工程学科发展方向与土木工程建设发展态势密切相关，它们相互渗透和衔接，岩土工程体制的形成使环境岩土工程在资源、交通、城乡建设、农田水利等领域发挥更重要的作用，我国地域辽阔，工程地质复杂，建设规模庞大，工程中遇到的岩土技术问题多，都是其他国家不能比的，所以更需要一门完整的环境岩土科学为工程建设服务.

〔1〕缪林昌，刘松玉.环境岩土工程学概念[M].北京：中国建材工业出版，2005.

〔2〕方江华，等.对环境岩土工程几个问题的探讨[J].岩土力学，2005（4）.

〔3〕张志军.浅谈环境岩土工程[J].山西建筑，2003（4）.

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