环境岩土工程的研究现状及展望.pdf

文章编号10092682520080620157202 环境岩土工程的研究现状及展望 收稿日期2007210222 作者简介符启基19802 , 男,助理工程师,海南省地质勘查局资源环境调查院,海南 海口 570206 符 启 基 摘 要介绍了环境岩土工程的定义及其研究现状,从水土流失、 海水入侵与地面沉降、 土地砂化及盐碱化、 滑坡与山崩 等方面探讨了环境岩土工程的研究内容,分析了环境岩土工程的特点,并针对环境岩土工程今后的发展提出了一些建 议,以供参考借鉴。 关键词环境岩土工程,特点,地面沉降,水土流失,内容 中图分类号TU452文献标识码A 引言 随着工业的迅速发展,环境问题已引起人们的极大关注,如 何保护好人类赖以生存和发展的土地、 海洋与空间,已成为广大 自然科学工作者、 社会科学工作者的研究课题和使命。高速发展 的经济建设改善了人们的生活条件,但也在一定程度上干扰了生 存环境,对生态平衡起了负面效应,岩土环境问题亦由此而产生。 环境岩土工程学是一门新兴的综合性交叉学科,它涉及岩土 力学与岩土工程、 卫生工程、 环境工程、 土壤学、 地质学、 水文地 质、 水文地球物理、 地球化学、 工程地质、 采矿工程以及农业工程 学等。 环境岩土工程不是一门单纯的工程科学,与社会科学密切相 关,不考虑社会因素,仅从自然科学的角度去试图解决环境岩土 工程问题难以取得成效。从实际情况来看,环境岩土工程科学的 发展往往由社会政治力量所驱动。各国、 各地区为了保护人类的 生活环境,制定了很多保护环境的法律和法规,正是这些法律和 法规迫使人们寻求保护和改善环境的措施,从而推动这门学科的 发展。 1 环境岩土工程的定义 目前对环境岩土工程的定义具有代表性的有以下几种 1 方晓阳环境岩土工程研究地球各圈层和土与岩石的相互 作用;环境岩土工程致力于研究自然环境和人为环境问题的防 治;研究新的岩土性质分析方法,解决传统岩土工程所不能解决 的问题。 2 施斌环境岩土工程强调环境对各类岩土工程选址、 设计、 施工运营以及耐久性和可靠性的影响;环境岩土工程使原有的岩 土工程学科内涵进一步扩大,开拓了许多新的研究领域和课题; 显示出这一学科多学科交叉的特点,环境岩土工程与岩土工程学 的区别在于研究所要达到的目标不同。环境岩土工程研究的主 要内容是用岩土工程的基本原理、 方法和手段防止自然和人类活 动引起的地质环境的恶化,分析和评价环境与各类岩土工程间的 相互作用和影响,改善城市和人类环境的运行和生活质量,保持 人类社会经济的可持续发展[1]。 3 曲永新环境岩土工程除对传统的环境工程地质和地质灾 害研究外,还包括对与固体、 液体废弃物排放堆放填埋有关的 环境地质工程问题,与城市建设有关的环境工程问题的研究[2]。 4 龚晓南环境岩土工程是岩土工程与环境科学密切结合的 一门新学科。它主要应用岩土工程的观点、 技术和方法为治理和 保护环境服务[3]。 2 环境岩土工程的研究现状 2. 1 国内研究现状 国内学者于20世纪80年代末开始关注环境岩土工程问题, 相继出版了若干有关环境岩土工程的专著、 译文与会议论文集。 国内学者对废弃物管理与污染控制以及垃圾填埋场进行了研究, 但国内固体废弃物管理与污染控制仍是一个薄弱环节,至今仍没 有一套完整的法律,也没有一本符合安全标准的有害废物安全填 埋和焚烧的具体规定可供遵循,对垃圾填埋场的研究深度还远远 不够[4]。 2. 2 国外研究现状 国际环境岩土工程的研究重点是废弃物填埋场及污染土处 理的相关内容。现阶段的研究主要集中于垃圾土、 污染土的性 质、 理论与控制等方面,尤其是对垃圾填埋场的研究已十分系统, 其检测手段十分先进,国际上不仅重视这一领域的理论研究更注 重于应用技术和方法的创新,强调技术的实用性与先进性。 近年来,各国环境岩土工程师开始关注将电渗法用于污染土 中的污染物迁移,还将动电技术广泛用于实验室与现场的污染物 调查研究中。各国学者在污染土电修复技术方面取得了很大的 进展。20世纪90年代初发展了一维结合流理论,考虑了几乎所 有的介质流动过程,但不包括介质的化学反应;随后将此模型扩 展应用于pH值变化和吸附反应。还有学者在他们的模型中考虑 了pH值和吸附反应对化学平衡的影响利用一个相似模型得到 了与试验结果相吻合的Zn2 移动模式;将相似因素考虑进模型, 应用于高岭石Pb2 的流动中;将电渗法中,例如现场强度、pH的 非均匀分布等用入公式,发展了一种用缓冲法维持相对均质的地 区模型;提出了一种二维模型,该模型可考虑电极排列的几何分 布,可用于描述苯酚的流动和土壤酸性反应。 国外学者不仅在理论、 技术上重视环境岩土工程的研究,而 且在保护环境方面也做了大量的工作。 3 环境岩土工程的研究内容 1 水土流失。 由于近几十年来的大规模基本建设及森林乱砍滥伐和任意 挖坡耕地,致使植被破坏。据统计,每年长江流域因水土流失使 入海泥砂达7亿t ,相当于35万hm2土地被刮去17 cm厚的表 土,已达到黄河泥砂量的1/ 3。尽管近几十年来,我国水土保持工 作也很受重视并取得一定成效,但水土流失情况仍相当严重。因 此,水土保持成为环境岩土工程的重要研究方面。 2 海水入侵与地面沉降。 751 第34卷 第6期 2 0 0 8年2月 山西建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol. 34 No. 6 Feb. 2008 海水入侵的主要原因是沿海地区过量抽汲地下水致使地下 水位低于海平面水位,因而导致海水向内陆地下灌入,影响沿海 城镇工业及民用水源,造成极大损失。此外,由于石油、 天然气或 其他固体矿床开采而造成地面沉降或塌陷也应引起足够的注意 并采取相应的防治措施。 3 土地砂化及盐碱化。 根据预测,21世纪初期全国新砂化土地将超过30万km2,因 此防治土地砂化已刻不容缓。土地盐碱化的主要原因是由于地 下水由下向上涌流。而地表补充水源不足,导致盐分积集使土地 盐碱化。由于河床淤积、 河水水面高于地面或水库增水均能导致 地表含盐量增加,此外在干旱地区,雨量稀少、 缺乏水源补充也往 往造成土地盐碱化。在我国华北平原干旱地区及黄河沿岸土地 盐碱化现象极为普遍,治理和防止土地进一步盐碱化已是环境岩 土工程研究的重要课题。 4 滑坡与山崩。 众所周知,滑坡与山崩会给人民的生命财产造成巨大的损 失,滑坡的起因除有自身的生态过程及规律外,人类的生产建设 活动将会加速其演变速率。据估计,由于大规模的交通运输工程 的建设引起的岩石土壤的移运数量已与河流搬运泥砂的能力等 量齐观,而有些地区的大面积地下排水势将改变地下水的运移动 态及岩土性状,致使陆地斜坡更趋不稳。由此可见,防治滑坡任 务是很繁重的,这项艰巨任务将不可避免地落在环境岩土工程人 员的肩上。 5 城市垃圾。 随着人们生活水平的提高和工业的迅速发展,城市垃圾已成 为市政工程的一项极为头痛的问题,城市垃圾的处理技术也是21 世纪应予以重视的问题,目前的处理方法一般为掩埋与烧毁。如 何进行废物利用及改进处理措施是环境岩土工程的一项重要课 题。 6 核废料问题。 为解决能源短缺而发展核电站已成为众所关注的事情,我国 核能建设已经起步,预计在21世纪初将发展到2 000万kW。随 之而来的核废料处理问题将摆在环境岩土工作者面前。核废料 储存库的安全性不但取决于地下洞室围岩的稳定性,也取决于核 废料本身放射性生命期放热效应所产生的异常温度变化与岩体 的相互作用而形成的裂隙发展状态。在发展核能的同时决不能 忽视核废料的处置问题,应在制定可行性及设计施工时列入核废 料的处置方案和措施。 7 水源保护。 为了确保人们的身体健康,防止疾病发生已成为一项重大课 题。目前城镇居民的饮用水一般均直接取自江河湖泊,专用于饮 用水的水库极少。在21世纪,应大声疾呼水源保护。尤其是饮 用水源的保护更应列为重中之重,应尽早建设专用水库作为城镇 居民饮用水源,饮用水源的水库要禁止开放旅游观光及在水库内 放养鱼类以保证水质不受污染,使人民身体健康得到保障。 4 环境岩土工程的特点 1 复杂性。环境岩土工程不仅涉及力学作用,还涉及物理、 化 学、 生物作用,即使力学作用也不是单一的,往往是固、 液、 气三相 力学行为的耦合,更复杂的是力学、 物理、 化学、 生物作用的耦合。 2 系统性。岩土体和环境岩土工程作为地球表层系统的一 个组成部分,对其进行研究首先必须将其放在地球表层系统这个 大背景之下,研究岩土体和环境岩土工程与地球表层的相互作用 关系。环境岩土工程作为人类社会活动的一部分,其目标的选择 与实现依赖于社会整体利益和可持续发展的实现。 3 广泛性。环境岩土工程涉及的问题非常广泛,同时在时间 和空间上的跨越也非常大。 4 综合性。环境岩土工程主要是应用岩土工程的观点、 技术 和方法为治理和保护环境服务,但这远远不够。环境岩土工程的 复杂性、 系统性、 广泛性决定了对其进行研究和环境岩土工程问 题的解决必须是多学科综合,要结合物理、 化学、 生物学、 地质学、 土壤学、 卫生工程、 社会科学等多门学科,要学习借鉴其他门类科 学技术的思路和方法。 5 结语 环境岩土工程不仅是一门自然科学,还与社会科学密切相 关。从环境岩土工程的发展历程来看,推动这门学科的主要动力 也许不是学科本身而是各种环境保护的法律和有关规定,如果没 有法律的限制和大量政府或社会捐资,这门学科可能不会得到迅 速发展。在我国虽然也有各种环境保护法,但由于法制观念不 强、 执法力度不够大又常常以罚代法,而受罚者又未损及个人利 益,因此收效不大,至于环境岩土工程的基础性学术研究及成果 的应用得到的支持更远远低于解决现实问题的需要。因此,为了 人类有一美好洁净的生存环境,应大力宣传保护意识,培养环境 岩土工程的专门人才,加强基础与应用研究,使我国的环境岩土 工程得到迅速发展。 参考文献 [1]施 斌.注重理论与应用相结合的环境岩土工程[J ].水文地 质工程,20002 123. [2]曲永新,张永双,冯玉勇.当前国际环境地质工程环境岩土工 程研究的热点领域及其相关技术[J ].工程地质学报,1998 ,6 4 3012304. [3]龚晓南. 21世纪岩土工程发展展望[J ].岩土工程学报,2000 , 222 2382242. [4]王正宏,王 钊.垃圾填埋场中的土工合成材料[A].第一届全 国环境岩土工程与土工合成材料技术研讨会论文集[C].杭 州浙江大学出版社,2002. 36246. Research status quo and prospect of environmental geotechnical engineering FU Qi2ji Abstract The definition and research status quo of environmental geotechnical engineering are introduced. From water loss and soil erosion , encroachment of sea water , ground subsidence , desertification of land , soil salination , landslide and other aspects the research contentsof envi2 ronmental geotechnical engineering are discussed. The characteristics of environmental geotechnical engineering are analyzed. In the end some suggestions are proposed to promote the development and provide references for environmental geotechnical engineering. Key words environmental geotechnical engineering , characteristics , ground subsidence , water loss and soil erosion , content 851 第34卷 第6期 2 0 0 8年2月 山 西建筑