摘要:近年来,随着我国国民经济的快速发展,各种资源开发和工程建设活动等人类工程活动的力度也普遍增大,给我国本就十分脆弱的地质环境带来了巨大的压力,地质灾害的频度和规模有逐年增加的趋势。本文就岩土工程勘察研究中的基本观点以及方法以及环境岩土工程的研究现状,岩土工程勘察所依据的主要规范进行了系统的研读,对一些问题的认识和学习体会,同广大岩土工程勘察技术人员交流。
关键词: 地质勘察;环境岩土工程;研究
中***分类号:F407.1文献标识码:A文章编号:
引言:
岩土工程勘察在快速的发展过程中,不论是在体制还是在勘察方法、计算机辅助软件、勘察报告编制等各方面工作都有了长足的进步,并且还在不断优化中。岩土工程勘察工作研究的主要对象是地基和基础以及地下工程的关系。由于地基土是因地而异的,在接受一项岩土工程勘察任务时,必须明确该工程的主要技术矛盾是什么,需要解决哪些主要技术间题。在对设计意***和设计要求以及建筑物荷载情况了如指掌的情况下,在岩土工程勘察实施过程中,根据工程的具体情况,就基础及地下工程的设计、施工过程中可能遇到的问题,给以充分的论证和分析,最终提出经济合理、技术可行的解决方案。只有这样,岩土工程勘察才能提高勘察成果质量,才能有较大的市场。
1.岩土工程勘察的目的
岩土工程勘察的主要目的是为设计施工提供各类土的设计参数,其报告质量对工程的安全和造价起到重要作用。勘察成果的质量将直接影响建设项目的工程安全和工程造价。一份高质量的岩土工程勘察报告在满足相应规范的基础上,不仅要真实客观地反映勘察场地的地形、地貌、地层构造、地下水、岩土性质和不良地质现象等问题,更重要的是应该进行正确合理的岩土工程分析评价,提供合理可信的岩土工程参数和建议。
2. 岩土工程勘察的方法
2.1 工程地质测绘。工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作,一般在勘察的初期阶段进行。这一方法的本质是运用地质、工程地质理论,对地面的地质现象进行观察和描述,分析其性质和规律,并藉以推断地下地质情况,为勘探、测试工作等其他勘察方法提供依据。在地形地貌和地质条件较复杂的场地,必须进行工程地质测绘但对地形平坦、地质条件简单且较狭小的场地,则可采用调查代替工程地质绘。工程地质测绘是认识场地工程地质条件最经济、最有效的方法,高质量的测绘工作能相当准确地推断地下地质情况,起到有效地指导其他勘察方法的作用。
2.2 勘探与取样。勘探工作包括物探、钻探和坑探等各种方法。它是被用来调查地下地质情况的并且可利用勘探工程取样进行原位测试和监测。应根据勘察目的及岩土的特性选用上述各种勘探方法。物探是一种间接的勘探手段,它的优点是较之钻探和坑探轻便、经济而迅速,能够及时解决工程地质测绘中难于推断而又急待了解的地下地质情况,所以常常与测绘工作配合使用。它又可作为钻探和坑探的先行或辅助手段。但是,物探成果判释往往具多解性,方法的使用又受地形条件等的限制,其成果需用勘探工程来验证。钻探和坑探也称勘探工程,均是直接勘探手段,能可靠地了解地下地质情况,在岩土工程勘察中是必不可少的。其中钻探工作使用最为广泛,可根据地层类别和勘察要求选用不同的钻探方法。当钻探方法难以查明地下地质情况时,可采用坑探方法。坑探工程的类型较多,应根据勘察要求选用。勘探工程一般都需要动用机械和动力设备,耗费人力、物力较多,有些勘探工程施工周期又较长,而且受到许多条件的限制。因此使用这种方法时应具有经济观点,布置勘探工程需要以工程地质测绘和物探成果为依据,切避盲目性和随意性。
2.3 原位测试与室内试验。原位测试与室内试验的主要目的, 是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数,包括岩土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等。原位测试一般都藉助于勘探工程进行,是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。原位测试的优点是试样不脱离原来的环境,基本上在原位应力条件下进行试验所测定的岩土体尺寸大,能反映宏观结构对岩土性质的影响,代表性好。试验周期较短,效率高尤其对难以采样的岩土层仍能通过试验评定其工程性质。缺点是试验时的应力路径难以控制、边界条件也较复杂有些试验耗费人力、物力较多,不可能大量进行。室内试验的优点是试验条件比较容易控制,边界条件明确,应力应变条件可以控制等,所以可以大量取样。2.4 现场检验与监测。现场检验与监测的主要目的在于保证工程质量和安全,提高工程效益。现场检验的涵义,包括施工阶段对先前岩土工程勘察成果的验证核查以及岩土工程施工监理和质量控制。现场监测则主要包含施工作用和各类荷载对岩土反应性状的监测、施工和运营中的结构物监测和对环境影响的监测等方面。检验与监测所获取的资料,可以反求出某些工程技术参数,井以此为依据及时修正设计,使之在技术和经济方面优化。
3.岩土工程的不确定性问题
岩土体是一种变异性很大的工程材料或工程介质。因此,很难用确定的量来描述岩土体的各种性质。岩土工程中的不确定性主要来自下列3个方面:
3.1岩土体本身固有的不均匀性--岩体从建造到改造的过程中,由于物质分异、构造作用、断层裂隙的生成所引起;
3.2勘察取样和参数估计的随机性——边界条件不准、测试技术误差及取样数量不足所引起;
3.3模型误差导致的不确定性——物理力学模型和计算方法的不准确或多解性所引起。岩土工程的不确定性导致了当前岩土体测试技术的精密性、确定性和岩土体性状宏观判断的模糊性、随机性之间产生极大的矛盾,使人们对传统的定值法设计得出的安全系数能否表达工程的真实安全度产生了凝问,这就是目前岩土分析与评价难以满足工程要求的主要原因。
当前,应用于岩土体不确定性分析的理论主要有概率论、模糊论、灰色系统理论及分数维理论(分形几何)等。
概率理论是处理岩土体不确性问题的一个有效工具,它可以指导随机参数的取样和试验设计,建立岩体工程概率模型和计算破坏概率,可以评价工程的可靠性和风险度,进行优化设计和决策。
模糊理论在岩土工程中的应用已较普遍,它用隶属函数代替确定论中非此即彼的特征函数来描述那些边界不清的过渡性问题。模糊模式识别和综合评判理论对那些受多因素影响的问题,如岩体环境评价、岩体分类、强度预报等显示出广阔的应用前景。 灰色系统理论研究事物的“灰度”、“灰数”、“灰关系”等特征,在社会科学和自然科学的各个领域得到了广泛的应用。在岩土工程中,可应用灰色系统理论进行岩体分类,采用灰色建模进行滑坡发生时间的预报和地下水位预报;利用灰关联度分析原理确定影响岩土工程稳定性的主次关系等。
分数维理论是近十几年发展起来的热门科学。应用分数维理论,可以对岩体中不规则的杂乱无章的裂隙系统的几何特征进行描述。
4.环境岩土工程与相关学科的关系
与环境岩土工程相关的学科有: 工程地质学、岩土力学、岩土工程学、地质工程、环境工程地质学。
工程地质学的基础理论是地质学, 指导它的理论主要是自然历史观,它的基本理论是认为地质成因和演化过程决定地质体的工程特性, 相应地在研究方法上就是从地质体局部特性的研究, 探索地质体在生成时的地质环境以及形成地质体的地质作用和演化过程, 从而在整体上认识和把握地质体的组成和结构以及发育规律, 并进一步探讨和预测它在工程建筑物作用下的表现和工程行为。
工程地质学的服务对象完全是人为设计, 人为施工的建物。 这一应用性决定了工程地质学的边缘性、交叉性和综合性等特性。 所谓边缘性指它处在地质学科的外层, 位于和工程学科接壤的部位。 所谓交叉性表明在它的学科发展中不断吸收工程学科的理论、概念和方法, 并和地质学结合起来。所谓综合性是指工程地质学的目标是解决问题, 它是借助于地质学各基础学科的成就来综合地工作的。
岩土力学、岩土工程和工程地质学在研究对象和目标上有很大的相同之处, 是密切相邻的学科。但是岩土力学属于力学学科的边缘, 而岩土工程属于工程学科的边缘,虽然对岩土的地质认识是建立岩土力学模型和本构关系的重要基础, 但岩土力学更偏于模型及建模后的力学研究。 岩土工程是将岩土作为工程结构物的一部分工程学科。不过岩土力学和岩土工程与其他的力学或工程学科相比, 需要更多地质学科的支持, 或者说更需要与地质学科的结合。
5.结论
随着我国工程建设的飞速发展,岩土工程勘察取得长足、可喜的发展,但仍有一些理论尚不成熟、处于经验或半经验状态。岩土工程勘察是一项工程基础性工作,涉及的对象和范围很大,且涉及的勘察内容很多而且十分复杂。岩土工程勘察的手段是间接的、非直观性的。提高勘察和工程设计水平,充分利用基础地质资料全面掌握岩土工程有关的规范、规程,不断的交流学习,才能有效地开展工作,确保勘察工作的顺利进行。
参考文献:
[1]缪林昌 刘松玉环境岩土工程学概论 北京: 中国建材工业出版社 2005.
[2]地质工程勘察、检验监测及设计施工与灾害防治技术实用手册.中国知识出版社.2007-11.
[3]赖惠明.岩土工程勘察中存在的技术问题探讨[J].四川建材.2007.(03).
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