低应力条件下的岩土工程及防灾减灾问题

何俊锋 李加强 廖恒

摘 要：现阶段，学者在岩土工程的研究多集中在中、高应力条件下土石料的运行状态，相比之下，对低应力条件下的岩土工程研究较少。对不同应力条件下的岩土工程做比较可发现，低应力条件的土石料计算参数与中、高应力条件的计算参数是一致的，但在土石料的强度和变形上存在差异，因此，需要对当前低应力条件下的岩土工程有所研究。本文以葛洲坝为研究对象，分析低应力条件下的岩土工程构造以及防灾减灾问题的探析，试图提高葛洲坝防洪的能力，巩固堤坝建设。

关键词：低应力；岩土工程；防灾减灾

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

在水利水电工程的建设中，涉及的岩土工程面较广，从葛洲坝的岩土工程建设来看，主要涉及坝基、堤防、边坡以及土石坝等构筑物上，而要保证这些土质构筑物的稳定性和安全性需要从抗滑稳定性、变形量以及液化评价方面出发，此外，还要对低应力条件下的土石料的参数进行取值，这样才能基本保证堤坝的使用质量。

1 低应力条件下的岩土工程概述

为了得出系统的关于低应力条件下的岩土工程方面的总结，需要对低应力条件下的岩土工程进行研究，当前关于低应力条件下的岩土工程的研究主要体现在以下几个方面上：

1.1 开发月球资源

在关于月球资源的探测上需要用到低应力条件下的岩土技术，月球的探测一直是我国进行太空探测工作的重要组成部分，在月球的探测上主要是对月壤的探测，研究月壤的岩土性质，对月球的开发以及月球构筑物的设计具有显著的作用。并且由于月球处于地球的外太空环境中，因此其月壤的岩土性质存在差异，考虑月球的重力加速度以及月球的引力来对岩土的应力条件作出具体的分析，是低应力条件下岩土工程的研究重点。

1.2 探讨土工建筑物上浅层土的特质

由土石坝构建的模型图可知，抗震能力较弱的部位是坝坡和坝顶，因此，振动较大时，坝坡会出现浅层土质的滑落现象，此现象与低应力条件下的岩土工程性质有关。由葛洲坝为实例进行分析，地震发生时，滑坡现象出现最明显的地方是堤防和土石坝，滑坡深度在6m左右，上部的应力有效值小于100Kpa，并且地震发生时由于滑坡会造成堤坝水位下降，减弱其防洪能力。此外，对高铁的路基建设同样需要考虑振动因素，对路基的变形和稳定的分析是低应力工程的研究方向[1]。

1.3 关于地基液化方面

地震发生时，大多数的震害与地基液化有关系，由收集整理的资料来看，在低应力条件小于100Kpa的情况下，地基发生液化主要在上覆，小部分的液化发生在100-149Kpa应力值之间，在149Kpa以上的应力条件下液化现象较少发生，从葛洲坝的数据资料来看，当砂层上部的有效应力超过93Kpa时，砂层不会出现液化现象，而砂层不超过88Kpa时则发生液化现象，因此可知，地基液化与上覆的应力值有密切的关系，低应力条件下易发生液化。

1.4 对实验结果的解析

低应力条件下的土石料性质的掌握是源于对坝体或地基的浅层原位现场实验结果得出的结论，土石坝的实验需要利用现场取样运载的方式送到实验室，要求满足实验室进行实验的密度条件。由于土石坝覆盖层结构稳定，原位效益突出，导致原状样不明显。所以，对土石坝的实验可采取原位实验的方式分析岩土工程的性质，因为模型无论如何成熟都不能与原型完全吻合，原型除了需要对中、高应力条件下的土石料性质把握，还需要对低应力条件下的土石料性质有所了解。

2 促进防灾减灾工作的岩土工程分析

2.1 对坝堤与河道进行勘测与研究

葛洲坝要提高防灾减灾水平，需要对低应力条件下的岩土工程有所研究，尤其是其低应力在防震以及地基液化现象等方面的研究，这样才能做好防灾减灾的岩土工作。岩土工程在葛洲坝的防灾减灾的中，首先需要组织岩土工程和地质工程方面的专家對干堤、堤基、河床、河道以及周围的地层进行勘测和分析，掌握关于葛洲坝岩土方面的第一手资料，然后结合当地的实际情况确定加固的堤坝段、维修段以及修筑段。清理疏通河道，提供通畅的渠道，完善监控预警系统[2]。

2.2 增强对堤防工程的基础性研究

对葛洲坝的防灾减灾问题进行研究，需要增强对堤防工程的基础性研究，将洪水以及堤坝的共同作用机理放在一起分析，具体包括高水位下的渗透工程、堤防工程的砂土液化以及水流管涌产生的条件。此外还应包括对压浸台和河流动力模型的研究分析，研究基础性堤防工程的受力稳定以及基本形态，为制定防灾减灾措施提供理论支持。

2.3 提高对新技术、新材料的研究使用

在防灾减灾问题的岩土工程研究上，应该增强对新技术、新材料的使用，包括对新的堤坝结构、土质结构等方面的研究，同时更新岩土勘测的设备和勘测技术，保证及时、快捷的检测堤坝的各项结构。同时加快对土石合成材料研究的步伐，提高防渗透的技术，如采用泥浆槽制作连续墙、铺塑技术以及旋喷等方法，做好葛洲坝的加固和治理工作。

2.4 做好对水泡构筑物的安全评价和治理

葛洲坝的防灾减灾工作的措施除了前期的勘测和加固工作外，还要包括对水泡构筑物进行合理的安全评价和治理，提高对水泡建筑物的安全评价能力和整治技术，首先需要确定水泡和水毁的建筑物体，然后对此展开安全评价，根据不同的安全因素展开具体的整治措施，提高葛洲坝应对灾害的能力。对不利于葛洲坝实际工作的构筑物进行重新修筑和恢复，对破损一般的建筑物实行维修和加固措施，从而提高堤坝的安全系数。

2.5 加大对堤坝岩土工程的研究力度

就葛洲坝的岩土工程来说，其研究的力度是不够的，今后的工作开展应针对低应力条件下的岩土工程展开具体的研究，进而从岩土工程着手提高防灾减灾的能力和水平。在地理信息系统、沿江堤防以及河道的地层信息系统上加大开发力度，同时岩土专家要建立关于该地质的信息管理系统，以便随时进行地质的查看和研究。

3 总结

低应力条件下的岩土工程是当前岩土工程研究的主要方向，同时，做好葛洲坝的防灾减灾工作、研究堤坝的防灾减灾问题都离不开对低应力条件下的岩土工程的研究，需要岩土工程学者加大低应力条件下岩土工程及防灾减灾问题的研究力度，提高堤坝防灾减灾的能力和水平。

参考文献：

[1]栾茂田，刘功勋，郭莹等.复杂应力条件下原状饱和海洋黏土孔压与强度特性[J].岩土工程学报，2011，33（01）：150-158.

[2]大会组委会.第五届全国环境岩土工程与土工合成材料学术研讨会一号通知[J].防灾减灾工程学报，2018（01）.