巖土工程及防災(zāi)減災(zāi)現(xiàn)狀及發(fā)展

1、巖土工程及防災(zāi)減災(zāi)現(xiàn)狀及發(fā)展一、概述1. 巖土工程巖土工程是20世紀(jì)60年代末至70年代初,將土力學(xué)及基礎(chǔ)工程、工程地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)三者逐漸結(jié)合為一體并應(yīng)用于土木工程實(shí)際而形成的新學(xué)科1。2.防災(zāi)減災(zāi)工程防災(zāi)減災(zāi)工程是一個(gè)具有顯著綜合交叉性的新型學(xué)科，它涵蓋到各種自然和人為災(zāi)害發(fā)生條件和發(fā)展規(guī)律、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、工程防治和災(zāi)時(shí)應(yīng)急措施等科學(xué)技術(shù)難題。按現(xiàn)行學(xué)科體系來(lái)說(shuō)，防災(zāi)減災(zāi)工程涉及地質(zhì)、氣象、地震工程、建筑學(xué)、土木工程、水利工程、信息和管理等學(xué)科的相關(guān)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。二、巖土工程及防災(zāi)減災(zāi)主要研究方向1.巖土工程主要研究方向城市地下空間與地下工程：以城市地下空間為主體，研究地下空間開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中的各

2、種環(huán)境巖土工程問(wèn)題，地下空間資源的合理利用策略，以及各類(lèi)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算方法和地下工程的施工技術(shù)（如淺埋暗挖、盾構(gòu)法、凍結(jié)法、降水排水法、沉管法、TBM法等）及其優(yōu)化措施等等。邊坡與基坑工程：重點(diǎn)研究基坑開(kāi)挖（包括基坑降水）對(duì)鄰近既有建筑和環(huán)境的影響，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠度分析技術(shù)，邊坡穩(wěn)定分析理論以及新型支護(hù)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等。地基與基礎(chǔ)工程：重點(diǎn)開(kāi)展地基模型及其計(jì)算方法、參數(shù)研究，地基處理新技術(shù)、新方法和檢測(cè)技術(shù)的研究，建筑基礎(chǔ)（如柱下條形基礎(chǔ)、十字交叉基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)及樁基礎(chǔ)等）與上部結(jié)構(gòu)的共同作用機(jī)理和規(guī)律研究等。2.防災(zāi)減災(zāi)工程主要

3、研究方向地下工程減災(zāi)防災(zāi)，利用工程學(xué)的方法研究解決和防治自然災(zāi)害、人為災(zāi)害、施工災(zāi)害的破壞效應(yīng)，開(kāi)展地下結(jié)構(gòu)減震、隔震理論與方法，地下工程火災(zāi)特征及損傷評(píng)估方法，地下工程施工災(zāi)害的防御技術(shù)，動(dòng)態(tài)可靠度與耐久性設(shè)計(jì)理論，高應(yīng)力場(chǎng)與高溫度場(chǎng)耦合分析等。線路系統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程。該方向的研究?jī)?nèi)容以高山峽谷區(qū)重力作用為主的滑坡、崩塌、泥石流等山地災(zāi)害的鐵路、公路工程防治技術(shù)為主線，同時(shí)覆蓋了特殊巖土地質(zhì)條件的路基病害整治及公路路面病害處理技術(shù)、輪軌和車(chē)路系統(tǒng)本身的運(yùn)行安全技術(shù)以及工務(wù)安全管理保障系統(tǒng)等領(lǐng)域。巖土工程災(zāi)害預(yù)測(cè)和防治，利用現(xiàn)代科學(xué)理論和技術(shù)，進(jìn)行巖土工程學(xué)、地學(xué)、環(huán)境學(xué)、災(zāi)害學(xué)等多學(xué)

4、科交叉解決巖土工程災(zāi)害理論研究中的前沿問(wèn)題和巖土工程災(zāi)害防治中的重大難點(diǎn)問(wèn)題，著重進(jìn)行巖土工程環(huán)境地質(zhì)評(píng)價(jià)及地質(zhì)災(zāi)害防治研究、巖土工程中水環(huán)境效應(yīng)及其工程危害研究、巖土工程環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題風(fēng)險(xiǎn)分析與防災(zāi)決策可靠性研究，滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)耦合分析及其在工程災(zāi)害防治中的應(yīng)用等。 = 4 * GB3 大型結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)與抗震，針對(duì)工程實(shí)踐中急需解決的大型結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)、抗震的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，利用現(xiàn)代科學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究造成風(fēng)害和震害的機(jī)理，尋求大型結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)、抗震能力的有效措施，著重進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)物風(fēng)致響應(yīng)與地震反應(yīng)的預(yù)測(cè)及評(píng)估、大型結(jié)構(gòu)物環(huán)境振動(dòng)抑制技術(shù)、大型結(jié)構(gòu)物抗風(fēng)抗震設(shè)計(jì)等理論及應(yīng)用研究。三、巖土工

5、程及防災(zāi)減災(zāi)現(xiàn)狀及發(fā)展1.巖土工程的現(xiàn)狀及發(fā)展一個(gè)學(xué)科的發(fā)展還受科技水平及相關(guān)學(xué)科發(fā)展的影響。二次大戰(zhàn)后，特別是在20世紀(jì)60年代以來(lái)，世界科技發(fā)展很快。電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算分析能力和測(cè)試能力的提高，使巖土工程計(jì)算機(jī)分析能力和室內(nèi)外測(cè)試技術(shù)得到提高和進(jìn)步?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步還促使巖土工程新材料和新技術(shù)的產(chǎn)生。如近年來(lái)土工合成材料的迅速發(fā)展被稱(chēng)為巖土工程的一次革命?，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)是學(xué)科間相互滲透，產(chǎn)生學(xué)科交叉并不斷出現(xiàn)新的學(xué)科，這種發(fā)展態(tài)勢(shì)也影響巖土工程的發(fā)展。巖土工程各研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀及發(fā)展：（1）區(qū)域性土分布和特性的研究：經(jīng)典土力學(xué)是建立在無(wú)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度理想的粘性土和無(wú)粘性土基礎(chǔ)上的

6、。但由于形成條件、形成年代、組成成分、應(yīng)力歷史不同,土的工程性質(zhì)具有明顯的區(qū)域性。周鏡在黃文熙講座中詳細(xì)分析了我國(guó)長(zhǎng)江中下游兩岸廣泛分布的、礦物成分以云母和其它深色重礦物的風(fēng)化碎片為主的片狀砂的工程特性，比較了與福建石英質(zhì)砂在變形特性、動(dòng)靜強(qiáng)度特性、抗液化性能方面的差異，指出片狀砂有某些特殊工程性質(zhì)2。（2）本構(gòu)模型研究：開(kāi)展巖土的本構(gòu)模型研究可以從兩個(gè)方向努力：一是努力建立用于解決實(shí)際工程問(wèn)題的實(shí)用模型；一是為了建立能進(jìn)一步反映某些巖土體應(yīng)力應(yīng)變特性的理論模型。（3）不同介質(zhì)間相互作用及共同分析：李廣信(1998)認(rèn)為巖土工程不同介質(zhì)間相互作用及共同作用分析研究可以分為三個(gè)層次： = 1 *

7、 GB3 巖土材料微觀層次的相互作用； = 2 * GB3 土與復(fù)合土或土與加筋材料之間的相互作用； = 3 * GB3 地基與建(構(gòu))筑物之間相互作用。（4）巖土工程測(cè)試技術(shù)：巖土工程測(cè)試技術(shù)不僅在巖土工程建設(shè)實(shí)踐中十分重要，而且在巖土工程理論的形成和發(fā)展過(guò)程中也起著決定性的作用3。（5）巖土工程問(wèn)題計(jì)算機(jī)分析：雖然巖土工程計(jì)算機(jī)分析在大多數(shù)情況下只能給出定性分析結(jié)果，但巖土工程計(jì)算機(jī)分析對(duì)工程師決策是非常有意義的。（6）巖土工程可靠度分析：在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中我國(guó)已采用以概率理論為基礎(chǔ)并通過(guò)分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。巖土工程計(jì)算機(jī)數(shù)值分析方法除常用的有限元法和有限差分法外，離散單元法(D

8、EM)、拉格朗日元法(FLAC)，不連續(xù)變形分析方法(DDA)，流形元法(MEM)和半解析元法(SAEM)等也在巖土工程分析中得到應(yīng)用4。（7）環(huán)境巖土工程研究：環(huán)境巖土工程是巖土工程與環(huán)境科學(xué)密切結(jié)合的一門(mén)新學(xué)科。人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)和工程活動(dòng)造成許多環(huán)境公害，如采礦造成采空區(qū)坍塌,過(guò)量抽取地下水引起區(qū)域性地面沉降，工業(yè)垃圾、城市生活垃圾及其它廢棄物,特別有毒有害廢棄物污染環(huán)境，施工擾動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響等等。（8）按沉降控制設(shè)計(jì)理論：建(構(gòu))筑物地基一般要同時(shí)滿足承載力的要求和小于某一變形沉降量(包括小于某一沉降差)的要求。（9）基坑工程圍護(hù)體系穩(wěn)定和變形：隨著高層建筑的發(fā)展和城市地下空間的開(kāi)發(fā)，深

9、基坑工程日益增多?；庸こ虈o(hù)體系穩(wěn)定和變形是重要的研究領(lǐng)域。(10)復(fù)合地基：隨著地基處理技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合地基技術(shù)得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用。復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。復(fù)合地基中增強(qiáng)體和基體是共同直接承擔(dān)荷載的。(11)周期荷載以及動(dòng)力荷載作用下地基：性狀在周期荷載或動(dòng)力荷載作用下，巖土材料的強(qiáng)度和變形特性，與在靜荷載作用下的有許多特殊的性狀。動(dòng)荷載類(lèi)型不同,土體的強(qiáng)度和變形性狀也不相同。在不同類(lèi)型動(dòng)荷載作用下，它們共同的特點(diǎn)是都要考慮加荷速率和加荷次數(shù)等的影響。(12)特殊巖

10、土工程問(wèn)題研究：展望巖土工程的發(fā)展,還要重視特殊巖土工程問(wèn)題的研究，如：庫(kù)區(qū)水位上升引起周?chē)襟w邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，越江越海地下隧道中巖土工程問(wèn)題，超高層建筑的超深基礎(chǔ)工程問(wèn)題;特大橋、跨海大橋超深基礎(chǔ)工程問(wèn)題，大規(guī)模地表和地下工程開(kāi)挖引起巖土體卸荷變形破壞問(wèn)題，等等。2.防災(zāi)減災(zāi)現(xiàn)狀及發(fā)展從古至今，自從有了人類(lèi)，防災(zāi)減災(zāi)這部宏偉樂(lè)章就被不斷譜寫(xiě)。可以說(shuō)，人類(lèi)的發(fā)展史、文明史與進(jìn)步史，就是一部人類(lèi)同各種災(zāi)害不斷做斗爭(zhēng)的歷史。國(guó)家的形成和治理災(zāi)害有著密切的聯(lián)系，大禹治水而有夏便是明證5。人類(lèi)最早同自然災(zāi)害作斗爭(zhēng)的方式為“避”，以求保全自身，在世界各地發(fā)現(xiàn)的古人類(lèi)居住洞穴遺址就是證明。隨后，由于經(jīng)驗(yàn)的積

11、累和技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)同自然災(zāi)害斗爭(zhēng)的方式又增加了“防”與“治”的工程措施。如古代的“鯀障洪水”和“大禹治水”，終于使長(zhǎng)江“東流之注五湖之處，以利荊楚干越與南夷之民”；楚國(guó)令尹孫叔敖因推行“宣導(dǎo)川谷，陂障清泉，堤防湖涌，收九澤之利”的主張，而實(shí)現(xiàn)了“三年而楚國(guó)霸”的目標(biāo)；秦國(guó)李冰修建的都江堰更是澤被后世，利在千秋；東漢張衡發(fā)明的候風(fēng)地動(dòng)儀為人們及時(shí)知道發(fā)生地震和確定地震大體位置有一定的作用6；同為東漢思想家的王充在論衡中給出了產(chǎn)生蝗蟲(chóng)災(zāi)害的原因及防治方法；北魏農(nóng)學(xué)家賈思勰在齊民要術(shù)中記載了對(duì)如霜凍等氣象災(zāi)害的預(yù)報(bào)及防治方法；明代徐光啟農(nóng)政全書(shū)中的除蝗疏系統(tǒng)記載了蝗蟲(chóng)的生活習(xí)性和治理方法；清代劉獻(xiàn)

12、廷在廣陽(yáng)雜記中記載了百姓用火炮消除冰雹的方法，此為世界最早的人工消雹方法7。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)更加認(rèn)識(shí)到防災(zāi)減災(zāi)的重要性，同時(shí)在此方面也取得了長(zhǎng)足發(fā)展。在1984年召開(kāi)的第八屆世界地震工程大會(huì)上，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院長(zhǎng)、地震學(xué)家F.Fress提出了開(kāi)展“國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年( International Decade for Natural Disaster Reduction)”活動(dòng)設(shè)想的建議。目的是通過(guò)一致的國(guó)際行動(dòng)，充分利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成就和開(kāi)發(fā)新技術(shù)，提高各國(guó)減輕自然災(zāi)害的能力，以減輕地震、風(fēng)災(zāi)、海嘯、水災(zāi)、土崩、火山爆發(fā)、森林災(zāi)害、旱災(zāi)等突發(fā)性自然災(zāi)害給各國(guó)尤其是發(fā)展中國(guó)家所造成的

13、生命財(cái)產(chǎn)損失、8。此后，1989 召開(kāi)的第44屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過(guò)了國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年決議和國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年國(guó)際行動(dòng)綱領(lǐng)，并成立了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)以協(xié)調(diào)各國(guó)的防災(zāi)減災(zāi)活動(dòng)。在 IDNDR 活動(dòng)的影響下，一些國(guó)際組織和國(guó)際減災(zāi)委員會(huì)設(shè)立了許多諸如“聯(lián)合國(guó)全球?yàn)?zāi)害網(wǎng)絡(luò)”、“歐洲尤里卡計(jì)劃”、“全球分大區(qū)的臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃”等數(shù)以百計(jì)的研究項(xiàng)目，并取得了豐碩的成果9。參考文獻(xiàn)1 龔曉南.21世紀(jì)巖土工程發(fā)展展望.巖土工程學(xué)報(bào)(J).2000,22(2).2 周 鏡.巖土工程中的幾個(gè)問(wèn)題(黃文熙講座).巖土工程學(xué)報(bào)(J),1999,21(1).3 盧肇鈞.關(guān)于土力學(xué)發(fā)展與展望的綜合述評(píng).盧肇鈞院士科技論文選集,北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1995.4 孫 鈞.世紀(jì)之交巖土力學(xué)研究的若干進(jìn)展.巖土力學(xué)數(shù)值分析