工程领域前沿部分-岩土工程

工程程领领域域前前沿沿部部分分第一一节节岩土土工工程程进进展展概概述述；；第二二节节岩岩体体工工程程的的不不确确定定特特性性；；第三三节节岩岩质质边边坡坡工工程程；；第四四节节环环境境岩岩土土与与地地质质灾灾害害（（环环境境岩岩土土、、滑滑坡坡预预报报、、灾灾害害监监测测手手段段等等））；；第五五节节地地质质勘勘探探技技术术；；第六六节节国国内内外外岩岩土土工工程程的的研研究究差差距距与与展展望望；；第七七节节岩岩体体工工程程研研究究部部分分热热点点。。1岩土土工工程程包包含含于于许许多多工工程程门门类类之之中中。。它它们们又又可可分分为为土土质质工工程程与与岩岩体体工工程程两两大大类类。。地地质质灾灾害害、、岩岩土土环环境境也也是是岩岩土土工工程程必必须须面面对对的的课课题题。。近近年年来来我我国国大大兴兴各各类类工工程程建建设设，，工工程程规规模模宏宏大大，，影影响响深深远远，，为为世世界界所所瞩瞩目目。。在在这这些些工工程程实实践践中中，，我我国国岩岩土土工工程程的的技技术术和和科科学学研研究究也也得得到到空空前前的的发发展展。。其其工工程程技技术术和和科科学学研研究究水水平平处处于于国国际际前前列列。。第一一节节岩岩土土工工程程进进展展概概述述2以水水电电工工程程为为例例。。堤堤防防和和土土石石坝坝是是我我国国涉涉及及国国计计民民生生的的重重要要土土质质工工程程，，在在其其工工程程实实践践中中提提出出了了许许多多岩岩土土工工程程的的基基础础性性科科学学问问题题，，如如土土的的本本构构关关系系、、饱饱和和及及非非饱饱和和土土的的渗渗流流、、边边坡坡稳稳定定、、抗抗震震问问题题等等。。其其中中高高土土石石坝坝工工程程大大大大推推动动了了土土的的本本构构关关系系理理论论、、数数值值计计算算的的发发展展和和试试验验设设备备与与技技术术的的进进步步。。我我国国的的小小浪浪底底斜斜心心墙墙堆堆石石坝坝、、三三峡峡二二期期围围堰堰等等大大型型土土石石坝坝工工程程都都以以科科技技攻攻关关的的形形式式进进行行过过多多单单位位、、多多模模型型、、多多程程序序的的分分析析计计算算，，对对于于工工程程设设计计起起到到了了重重要要的的指指导导作作用用。。而而土土石石坝坝的的研研究究也也推推动动了了大大型型土土工工离离心心机机和和大大型型高高压压三三轴轴试试验验设设备备和和技技术术的的发发展展。。在在堤堤坝坝工工程程中中，，渗渗流流的的分分析析和和渗渗流流控控制制；；筑筑坝坝材材料料研研究究；；抗抗震震问问题题的的研研究究也也取取得得进进展展。。3隧洞洞及及地地下下工工程程和和岩岩质质边边坡坡是是岩岩石石力力学学和和岩岩体体工工程程的的课课题题。。人人们们在在理理论论和和机机理理方方面面开开展展了了从从宏宏观观到到微微观观、、细细观观的的不不同同层层次次的的研研究究和和探探索索。。一一方方面面，，将将研研究究的的目目光光从从岩岩体体转转向向山山体体、、地地体体，，大大范范围围大大尺尺度度的的工工程程建建设设和和资资源源开开发发；；另另一一方方面面，，着着眼眼于于岩岩体体中中的的裂裂纹纹的的起起始始、、分分叉叉、、发发展展、、断断裂裂到到破破坏坏的的全全过过程程研研究究，，引引进进了了损损伤伤和和断断裂裂力力学学的的概概念念，，建建立立适适用用的的计计算算模模型型。。非非连连续续的的理理论论和和方方法法在在岩岩体体工工程程中中是是强强有有力力的的计计算算手手段段。。地地下下洞洞室室设设计计的的新新奥奥法法，，促促进进了了现现代代地地下下工工程程的的一一系系列列新新概概念念和和新新理理论论的的形形成成。。在在各各种种稳稳定定分分析析中中，，以以极极限限平平衡衡理理论论和和方方法法为为基基础础，，计计算算方方法法有有下下限限解解法法和和上上限限解解法法。。岩岩体体中中的的渗渗流流对对于于水水利利工工程程和和环环境境工工程程都都至至关关重重要要，，已已取取得得丰丰硕硕的的研研究究成成果果，，也也面面临临不不少少需需要要进进一一步步研研究究的的课课题题。。4防灾减减灾目目前成成为水水利科科学中中岩土土工程程的重重要领领域。。关于于水利利工程程中堤堤防的的破坏坏机理理、隐隐患检检测、、工程程加固固方法法；堤堤防的的安全全性评评估、、风险险分析析和管管理也也是目目前许许多国国家研研究的的重点点；土土石坝坝及其其他岩岩土工工程的的抗震震反应应分析析也是是防灾灾减灾灾的重重要课课题。。这些些问题题在我我国已已受到到重视视与关关注。。5在我国国轰轰轰烈烈烈地开开展岩岩土工工程建建设的的同时时，经经济技技术先先进的的国家家将岩岩土学学科的的重点点转入入了资资源、、环境境和生生态等等问题题。而而对于于大型型水利利工程程的建建设给给予更更多的的质疑疑；环环境岩岩土受受到极极大重重视；；环境境友好好的地地下空空间利利用开开发受受到欢欢迎。。我国国在这这方面面的差差距固固然是是由于于发展展水平平的差差异所所造成成关心心重点点的不不同，，但是是发达达国家家在其其发展展过程程中的的经验验与教教训是是值得得我们们借鉴鉴的。。我国国的决决策层层和岩岩土科科学技技术人人员增增强保保护我我国的的水资资源，，保护护环境境和生生态的的意识识是非非常迫迫切和和必要要的。。6第二节节岩岩体体工程程的不不确定定特性性1、概述在工程程建设设中，，为了满满足岩岩石工工程建建设前前期的的工程程规划划与设设计需需要，，应进进行地地质勘勘探以以搞清清楚岩岩体的的地质质条件件（岩岩性、、构造造、层层理、、断裂裂、岩岩溶等等），，开展展岩石石力学学试验验工作作以查查明岩岩体的的力学学特性性及其其赋存存的条条件（（如岩岩体应应力状状态、、地下下水运运行状状态等等），，进行行各种种专题题研究究，了了解工工程岩岩体的的应力力、变变形状状态，，评估估工程程岩体体的稳稳定性性。7根据以以上资资料、、数据据和结结果，，进行行岩石石工程程设计计，决决定建建筑物物的轮轮廓、、尺寸寸及各各种支支护加加固办办法，，选用用合理理的开开挖方方法和和程序序。通通过这这种前前期工工作争争取把把一切切情况况在开开工前前都弄弄清楚楚，以以便开开工后后就按按照既既定的的要求求和程程序进进行施施工，，达到到工程程既经经济又又安全全且效效率又又高。。所以以设计计就相相当于于工程程建设设中的的各种种规章章、规规程，，必须须严格格执行行。然然而在在工程程实践践中，，开工工后总总会遇遇到这这样那那样没没有预预见到到的情情况和和问题题，以以致不不得不不修改改设计计，改改变原原来设设想的的做法法。就是说说，在在前期期工作作原以以为认认识清清楚了了、确确定了了的东东西其其实有有些并并未搞搞清楚楚或发发生了了变化化，还还不很很清楚楚、不不很确确定，，有时时甚至至是很很不确确定。。这就就是在在岩石石工程程中经经常提提及的的不确确定性性问题题，不不确定定性也也是在在各类类工程程建设设中岩岩石所所共有有的特特点。。82、岩体工工程中中不确确定性性的来来源一般来来说，，工程程中遇遇到以以下三三方面面条件件的变变化要要修改改先前前设计计：其其一是是地质质条件件、岩岩体性性状的的变化化；其其二是是施工工条件件的变变化（（包括括器材材供应应、施施工技技术掌掌握的的不均均一、、质量量控制制等人人为因因素））；其其三是是洪水水、地地震、、气候候等环环境条条件的的异常常变化化。后后两方方面情情况对对于除除岩石石工程程外其其他工工程也也是可可能导导致修修改设设计的的因素素，而而对于于岩石石工程程来说说，地地质条条件、、岩体体性状状的变变化是是导致致修改改设计计的主主要因因素。。也就就是说说，岩岩石工工程中中的不不确定定性，，主要要来源源于地地质条条件、、岩体体性状状的不不确定定性。。9这是因因为天天然岩岩体在在历经经了复复杂的的成岩岩过程程和后后期亿亿万年年构造造运动动的改改造后后，其其性状状和赋赋存条条件千千差万万别，，可以以说，，每一一处工工程场场址的的岩体体、不不同工工程部部位的的岩体体都是是不相相同的的。并并且工工程岩岩体一一般都都深埋埋地下下，其其性状状与裸裸露于于表面面的岩岩体有有时差差别很很大，，隐蔽蔽性突突出。。相比比之下下，工工程前前期勘勘探工工作量量总有有限，，不可可能将将所有有节理理裂隙隙等地地质特特征和和变异异都揭揭露出出来，，一般般只能能通过过坑槽槽、钻钻孔、、平硐硐获得得的局局部资资料，，进行行统计计分析析获得得平均均的和和优势势的分分布概概念。。施工工开挖挖后，，揭露露出没没有预预见到到的意意外现现象（（如某某种地地质缺缺陷））是难难以避避免的的。在在这种种情况况下，，为研研究天天然岩岩体的的力学学性状状而进进行的的试验验、测测试和和计算算分析析也会会遇到到同样样的问问题，，前期期试验验研究究得到到的力力学参参数、、曲线线、应应力、、位移移分布布等也也具有有相应应的不不确定定性。。10例如，，三峡峡工程程从20世纪50年代开开始，，对大大坝基基岩进进行了了十分分详尽尽、数数量巨巨大的的地质质勘探探和试试验研研究工工作，，取得得了丰丰富的的资料料，特特别是是对影影响稳稳定的的缓倾倾角节节理问问题进进行了了专题题研究究。然然而，，开工工后开开挖揭揭露出出的情情况与与原先先分析析的有有很大大差别别，不不得不不在施施工期期间针针对特特殊地地段补补充进进行了了集中中的地地质勘勘探工工作和和一系系列专专题研研究，，修改改了设设计。。这也也是岩岩石工工程中中不确确定性性的突突出事事例。。113、不确定定性给给岩石石工程程带来来的影影响地质条条件和和岩体体力学学性状状的这这种不不确定定性，，是岩岩石力力学研研究中中的主主要困困难，，试验验研究究成果果（即即使是是现场场岩体体力学学试验验）代代表的的只是是与试试验点点条件件相似似的天天然岩岩体，，通过过大量量试验验可以以得到到该试试验地地段岩岩体力力学性性质的的平均均概念念和可可能变变化的的范围围，但但仍然然不能能对较较大范范围工工程岩岩体的的力学学性状状给出出确定定的数数值来来。地地质条条件和和岩体体力学学性状状的这这种不不确定定性，，也给给岩石石工程程建设设带来来一系系列消消极影影响：：一方方面，，施工工开挖挖后如如果没没有及及时揭揭露原原先没没有发发现的的缺陷陷，就就会给给工程程留下下安全全隐患患，有有时会会引起起施工工期岩岩体失失稳，，事后后处理理延误误工期期；另另一方方面，，为了了对付付这种种不确确定性性，设设计中中不得得不采采用偏偏于保保守的的参数数和条条件、、保留留过大大的安安全裕裕度，，不必必要地地增加加工程程量和和投资资。12这种地地质条条件上上的不不确定定性，，也给给岩石石力学学研究究带来来了以以下特特点：：其一一，对对天然然岩体体力学学性状状的认认识是是随着着地质质条件件不断断揭露露而逐逐渐深深入的的，也也就是是说，，对岩岩体的的认识识具有有阶段段性；；其二二，试试验研研究可可以获获得岩岩体性性状（（力学学参数数、应应力——位移移分布布、强强度和和承载载能力力等））的可可能变变化范范围，，也可可以力力求减减小这这个变变化范范围，，却总总难以以针对对一定定规模模的岩岩体给给出十十分准准确的的数据据。134、减减小岩岩石工工程中中不确确定性性的途途径为了减减小岩岩石工工程中中的不不确定定性，，工程程前期期的地地质勘勘探工工作应应尽量量做细细，岩岩石力力学试试验研研究要要更深深入，，设计计中对对岩体体承载载能力力的利利用要要留有有适当当的余余地和和有备备用方方案。。但是是，最最为有有效的的是施施工中中要根根据临临时发发现的的情况况及时时修改改设计计，也也就是是说，，要进进行动动态设设计。。所谓谓动态态设计计，其其实就就是早早年太太沙基基的Designasyougo的思想想，即即在施施工中中不断断补充充和修修改设设计的的思想想。后后来隧隧洞建建设中中产生生的新新奥法法的核核心也也就是是要根根据施施工揭揭露的的新情情况不不断调调整、、修改改、优优化设设计。。其实实，这这种做做法应应当不不仅限限于隧隧洞施施工，，对一一切岩岩石工工程（（包括括边坡坡、坝坝基））都是是适用用的。。例如，，三峡峡双线线五级级船闸闸高边边坡工工程的的施工工中就就曾经经历过过这样样的努努力和和实践践。14动态设设计中中修改改设计计的依依据是是施工工开挖挖中不不断揭揭露出出来新新的岩岩石情情况、、开挖挖爆破破的影影响和和参数数、施施工地地质测测绘和和监测测、试试验资资料。。工作作的要要点是是对于于这些些信息息和资资料要要及时时综合合、分分析、、反馈馈、调调整，，不及及时就就达不不到动动态设设计的的目的的。然然而，，实现现动态态设计计最关关键的的问题题是设设计、、地质质、施施工、、监测测、监监理和和业主主等各各方面面要密密切配配合，，而不不能分分家、、相互互牵制制、防防范。。要建建立一一个各各方面面（各各环节节）密密切配配合（（而不不是互互相牵牵制））的体体制。。已故故的国国际岩岩石力力学学学会创创始人人之一一L．缪勒教教授打打过一一个比比喻，，形容容在新新奥法法隧洞洞施工工中有有关各各方之之间的的关系系，彼彼此应应当十十分默默契、、密切切配合合，合合作得得像一一个优优秀的的篮球球队一一样。。155地质勘勘探工工作可可减少少不确确定性性工程地地质的的主要要任务务是将将天然然岩体体的情情况查查明。。根据据现行行设计计规范范要求求，在在一个个坝址址区内的的岩体体情况况，只只要是是与工工程建建筑物物有关关的，，都要要全面面弄清清楚，，包括括岩性性、岩岩石的的组分分、结结构、、岩体体构造造、断断裂、、风化化、溶溶蚀、、侵蚀蚀（剥剥蚀））等许许多方方面，，并进进而研研究它它们的的成因因、演演变历历史、、分布布规律律等。。在可可研报报告阶阶段和和初步步设计计阶段段还要要求说说明岩岩土体体物理理力学学性质质、提提出岩岩土物物理力力学性性质参参数，，论述述和评评价工工程岩岩体的的稳定定条件件，提提出加加固、、处理理意见见。显显然，，岩石石力学学的工工作在在这里里是包包含在在工程程地质质任务务中的的。16在岩石石力学学已经经成为为独立立学科科和专专业的的今天天，根根据以以往大大量工工程实实践经经验，，我们们可以以就工工程地地质与与岩石石力学学的分分工提提出这这样一一个模模式：：凡是是不需需要通通过物物理力力学性性质试试验研研究就就可以以得到到的有有关岩岩石、、岩体体性质质的说说明和和描述述，属属于工工程地地质专专业范范围；；反之之，则则归于于项目目工程程地质质和岩岩石力力学两两方面面都要要做，，例如如关于于岩体体节理理裂隙隙的定定量描描述、、工程程岩体体的分分级、、分区区等，，只是是侧重重点和和使用用的方方法各各有不不同。。利用用弹性性波穿穿过岩岩体时时的反反应来来探测测、研研究岩岩体的的物理理力学学性质质，在在工程程地质质中属属于物物探工工作，，侧重重于查查明岩岩体情情况，，在岩岩石力力学中中是研研究岩岩体物物理力力学性性质的的一种种方法法。17重要的的是，，分工工不能能分家家：一一切岩岩石力力学的的试验验研究究工作作都必必须和和地质质工作作紧密密联系系、结结合，，包含含几重重含义义：首首先，，岩石石力学学工作作者必必须对对地质质工作作的成成果———关关于岩岩石、、岩体体的性性质和和状况况的描描述有有详尽尽的了了解；；其次次，室室内试试验取取样、、现场场试验验选点点都应应当与与地质质人员员结合合进行行，以以便保保证试试验结结果具具有足足够的的代表表性；；试验验结果果分析析、解解释要要紧密密结合合试点点附近近的地地质条条件进进行（（特别别是在在试验验结果果出现现异常常时））；各各种计计算分分析数数学模模型的的建立立、本本构关关系和和强度度准则则的选选用、、计算算域（（范围围）的的确定定等都都必须须符合合实际际地质质条件件，应应有地地质人人员参参与。。对分分析、、计算算结果果的解解释和和应用用也要要在充充分考考虑地地质背背景条条件下下进行行。186工程程设计可可防避不不确定性性如果将工工程设计计理解为为工程建建设的前前期工作作，那么么工程地地质勘查查和岩石石力学试试验研究究都是工工程设计计的一部部分内容容，都是是其中的的一个重重要环节节。但对对具体的的设计工工作而言言，岩石石力学研研究是为为工程建建设服务务的一项项独立的的专业，，各有分分工不同同。岩石力学学为工程程建设的的服务不不应当是是一种消消极、被被动的服服务，而而是一种种积极的的、主动动的、参参与式的的服务。。也就是是说，一一方面它它应当按按设计规规范的要要求，向向设计工工作提供供有关天天然岩体体性状的的资料；；另一方方面它还还要将对对工程岩岩体分析析研究的的结果反反馈给设设计，提提出优化化设计的的建议。。19从岩石力力学的角角度看，，水利水水电的岩岩石工程程设计的的任务可可以概括括如下：：根据工工程地质质勘探和和岩石力力学试验验研究提提供的关关于天然然岩体的的地质条条件和物物理力学学性质，，考虑水水文、气气象等其其他方面面的条件件，按照照本枢纽纽对各水水工建筑筑物功能能的要求求，确定定岩石基基础、地地下洞室室和岩石石边坡的的位置、、尺寸、、加固处处理措施施、施工工开挖方方法和程程序等。。与此相相应地，，岩石力力学试验验研究的的任务为为：根据据水工布布置的需需要，通通过现场场和室内内试验研研究，提提供关于于天然岩岩体的物物理力学学性质的的认识和和资料（（包括物物理力学学性质参参数、应应力—应应变关系系曲线，，本构关关系、变变形和强强度属性性等），，并按照照工程设设计选出出的岩石石工程方方案，通通过计算算分析、、模型试试验或原原型监测测，阐明明有关工工程岩体体的力学学性状（（应力、、应变分分布、塑塑性区或或破裂损损伤区）），对其其稳定性性或失稳稳破坏形形态做出出评价。。从岩石石力学的的角度提提出优化化设计方方案、岩岩体加固固处理的的建议。。20第三节岩岩质边坡坡工程1、第一一个问题题：水利利工程中中的岩质质边坡水利水电电工程中中边坡的的开挖与与水库水水位的升升降都可可能导致致边坡的的失稳定定。我国国已建和和在建的的大型水水利水电电工程如如三峡、、二滩、、李家峡峡、五强强溪、隔隔河岩、、小湾、、天生桥桥二级河河龙滩等等涉及的的天然边边坡高达达400~1000m，工程边坡坡高达200~400m，垂直开挖挖坡高近近100m。漫湾水电电站、龙龙羊峡水水电站、、天生桥桥二级水水电站、、隔河岩岩水电站站等都发发生过规规模较大大的边坡坡失稳，，造成很很大损失失。龙滩滩水电站站进口倾倾倒蠕变变体约1300万m3需加固治治理。在在三峡库库区，蓄蓄水以后后可对库库区人民民生命财财产造成成较大危危害的有有1168处崩滑体体，需要要避让或或处理；；有744处崩滑体体目前较较稳定，，需监测测预警；；有578处相对稳稳定暂不不处理。。212、第二二个问题题：岩质质边坡稳稳定性研研究（1）边边坡稳定定性分类类。在中中国水利利水电科科学院的的组织下下，有关关设计院院配合，，对于全全国117个水利水水电工程程中的典典型滑坡坡和变形形边坡进进行了调调查，总总结了边边坡失稳稳在各类类岩体结结构中所所占的比比例：其其中块体体结构占占14.08%，层状同同向结构构占19.72%，层状反反向结构构占15.49%，层状斜斜向结构构占14.08%，碎裂和和散体结结构占36.63％。在七七种失稳稳类型中中崩塌占占7.04％，滑动动占73.24％，倾倒倒占5.63％，溃屈屈占2.82％，拉裂裂占4.23％，复合合占7.04％。调查查表明，，引起变变形和失失稳的因因素十分分复杂。。巨型和和大中型型滑坡主主要以各各种水的的作用为为主；中中小型楔楔体滑动动、拉裂裂及大型型崩塌则则以人类类工程活活动为主主。22陈祖煜等等人利用用调查登登录的资资料对于于RMR－SMR分类系统统进行了了补充修修正，计计入了坡坡高及结结构面条条件对边边坡稳定定的影响响。经理理论分析析和工程程验证，，提出了了CSMR（ChineseSystemforSMR）分类体系系。根据据这一分分类体系系，边坡坡按其稳稳定性被被分为五五类：ⅠⅠ类稳定定，81~100分；Ⅱ类类稳定，，61~80分；Ⅲ类类局部稳稳定41~60分；Ⅳ类类不稳21~40分；Ⅴ类类很不稳稳定，0~20分。23（2）影影响边坡坡失稳的的因素。。影响边边坡失稳稳的因素素主要有有：地形形切割、、岩性、、构造、、水和边边坡开挖挖的综合合作用。。经验表表明，谷谷坡强风风化带、、强卸荷荷带、甚甚至弱风风化带的的上部经经常是边边坡失稳稳的底界界，这些些部位的的岩体结结构完整整性差，，结构面面大部分分松弛、、泥化或或充填次次生夹泥泥，在爆爆破开挖挖、施工工用水或或者降雨雨情况，，极易失失稳，地地下水产产生的渗渗透力对对于边坡坡影响极极大。因因此，施施工期降降低地下下水位，，控制爆爆破的药药量，注注意边坡坡自上而而下的边边开挖、、边支护护加固，，边监测测变形，，是防止止失稳的的有效措措施。24（3）边边坡的稳稳定性研研究及稳稳定性分分析。水水利水电电工程中中的边坡坡研究内内容可以以归纳为为监测、、理论分分析、数数值计算算和模拟拟试验几几种。A)监测方面面：用红红外线进进行大范范围的普普查；用用综合探探井、CT层析成像像、定向向取芯和和平硐探探测结构构面或滑滑动面；；进行地地应力的的测试，，了解高高陡谷坡坡的应力力场；进进行边坡坡表面、、深部变变形和地地下水的的监测；；用测线线法、统统计法对对节理类类型进行行调查统统计，用用蒙特卡卡罗法模模拟岩体体节理网网络，确确定岩体体节理密密度与连连通率。。25B)理论与数数值分析析方面：：用地质质力学模模型研究究边坡破破坏机制制，用评评价不同同破坏机机制的地地质模式式，评价价边坡演演变阶段段和发展展趋势；；用组合合梁板理理论研究究倾倒蠕蠕变的机机理；使使用分块块推力法法与萨尔尔玛法、、极限平平衡理论论和块体体理论进进行稳定定计算；；用数值值计算模模拟分析析边坡应应力变形形。在边边坡稳定定分析方方面，可可以根据据岩体的的整体性性和结构构特点进进行不同同的稳定定分析。。对于全全风化岩岩体及碎碎散、破破裂结构构岩体，，可以与与土质边边坡一样样采用自自动搜索索方法确确定滑裂裂面及安安全系数数；对于于Ⅳ、ⅤⅤ级结构构面发育育的岩质质边坡，，根据节节理与裂裂隙统计计资料，，结合地地质分析析确定或或者基本本确定滑滑动面的的位置；；对于层层状结构构和已知知控制性性的不利利结构面面的组合合块，按按实际块块体验算算其稳定定性。26在各种稳稳定分析析中，以以极限平平衡理论论和方法法为基础础，极限限平衡的的计算方方法有下下限解法法和上限限解法。。下限解解包括：：适用于于圆弧滑滑动面的的瑞典圆圆弧法和和简化毕毕肖甫法法；适用用于任意意滑动面面的简布布法和摩摩根斯坦坦－普瑞瑞斯法；；传递系系数法等等。上限限解有：：萨尔玛玛法、潘潘家铮极极限分块块平衡法法，能量量法。对对于可能能发生三三维楔体体破坏的的岩质边边坡，采采用楔形形体分析析计算，，与稳定定分析一一起，通通常也配配合进行行应力变变形的数数值计算算。模型型不一定定越复杂杂越好，，重要的的是其对对于计算算问题的的针对性性和选择择参数的的合理性性。C)模型试验验方法：：用离心心机模拟拟边坡，，研究其其破坏机机理；用用涌浪模模型试验验研究滑滑坡滑速速与涌浪浪高度相相关关系系。273、第三三个问题题：岩体体的力学学参数选选取岩体的物物理力学学参数的的选取直直接关系系到水工工建筑物物的安危危和工程程量的大大小。由由于岩体体的破坏坏主要是是剪切破破坏，其其抗剪强强度指标标是关键键的参数数。与土土的强度度指标不不同，岩岩体的强强度指标标无法用用室内试试验直接接测取。。一般岩岩体的原原位强度度指标必必须从地地质岩性性、岩块块试验、、表面的的特征来来合理估估算。Hoek和Brown对此进行行了广泛泛地研究究，他们们使用理理论分析析、模型型试验和和实测数数据，提提出节理理化岩体体的经验验破坏准准则。设设计应用用中表明明它对于于松动的的岩体实实用性好好，对于于紧密镶镶嵌的未未扰动岩岩体则估估计的强强度偏低低。目前前，我国国的水利利行业对对岩体的的力学参参数通常常采用强强度折减减法。我我国的GB50218－94《工程岩土分级级标准》和水水利工程边坡坡设计规范都都规定了岩体体力学指标的的估算方法。。目前现行的的岩体力学指指标估算方法法主要有下列列几种：281）工程地质质类比法；2）Hoek－Brown判据；3）正分析与与反分析；4）试验强度度折减法；5）非均质岩岩体综合抗剪剪强度。岩体中软弱结结构面力学参参数可以按成成因分为原生生型、次生充充填型和构造造综合型，以以构造综合型型居多。以颗颗粒组成为主主要因素将软软弱结构面分分为全泥、泥泥夹岩屑、岩岩屑夹泥和岩岩屑岩块四种种：对于无充充填的刚性结结构面可分为为未胶结和胶胶结两种。在在现场大型原原位抗剪试验验的基础上，，按此分类国国内水利水电电工程中的软软弱层抗剪强强度指标试验验值统计如下下表所示。2930第四节环环境岩土与与地质灾害1、环境岩土工工程国外发展的历历史表明，当当人均的GDP达到7000~8000美元以后，，环境的污染染将被全面治治理，总体的的环境将会优优化，环境会会走向好转。。以垃圾处理理为例，美国国每年花在垃垃圾填埋的费费用高达几百百亿美元。我我国目前不可可能达到同样样的处理标准准，但是应尽尽量减少污染染，研究符合合我国国情的的处理方式。。是我国岩土土工作者的责责任。各种天天然的地质灾灾害及工程建建设引发的环环境问题受到到关注，在高高边坡的治理理、基础抗震震、河道整治治等诸方面都都取得了经验验和成绩。例例如对于乌江江渡、鲁布革革的水库库区区滑坡的治理理；三峡船闸闸的高边坡治治理；天生桥桥和漫湾开挖挖引起的滑坡坡的处理、李李家峡泄水道道滑坡治理等等。我国的固固体废弃物无无害化处理方方面，尽管与与先进国家相相比还有较大大差距，但也也有了进展。。杭州、深圳圳、北京、上上海、苏州、、天津、长沙沙、贵阳、昆昆明等城市都都有垃圾填埋埋的设施。31岩土工程人员员已经开始着着手在这方面面的工作，开开展了有关研研究，但这方方面的工作还还处于起步阶阶段。岩土灾灾害的治理还还只限于与工工程直接有关关的部分，固固体废弃物处处理一般也限限于大城市。。环境岩土工程程学是岩土工工程学与环境境科学相互整整合的一门科科学，举凡与与环境有关的的岩土工程问问题都是环境境岩土工程学学所讨论的范范畴，其目的的在于使工程程建设和自然然环境得到平平衡，以达到到可持续发展展。环境岩土土工程主要包包含地质灾害害与卫生工程程，环境岩土土工程与地下下水的污染有有直接关系，，是水利科学学中不容忽视视的一个重要要方面。由于于水资源利用用的形势日益益严峻，安全全的饮用水和和灌溉水的确确保是维持经经济发展的根根本问题，如如何控制地下下水污染状况况和水库水质质量相当重要要。因此，研研究废弃物处处理场的规划划和现有污染染的调查，将将有助于完善善水资源综合合管理与使用用。32近年来，由于于旧有废弃物物处理场规划划不当及人类类生活发展，，使得环境污污染日益严重重。我国虽属属发展中国家家，但随着经经济快速发展展和城镇化速速度加快，城城市垃圾产量量与GDP几乎同步增长长，以每年约约9％左右的速度度递增：1986年的5200万t，1990年6767万t，2002年的清运量达达1.4万t。目前我国城市市垃圾无害化化处理率仅为为20％左右。我国国城市周围垃垃圾已经堆积积十几亿t，许多城镇为城城市垃圾所包包围。环境岩岩土工程的研研究方向主要要在于旧有废废弃物处理场场与人类生活活发展的污染染控制，新建建废弃物处理理场规划与防防护设计，这这包括污染程程度的评估、、环境易损性性评估、污染染物迁移预测测、地下水资资源的利用、、污染土修复复与废弃物处处理场的规划划等。因此研研究的课题主主要有以下方方面：33（1）污染程度与与环境易损性性评估。由于于计算机的普普及，数值分分析广泛用于于污染物迁移移扩散机制的的模拟，建立立了大量的数数值模型，使使得人们对污污染物迁移与与扩散掌握了了基本规律；；空间技术的的发展，高解解析、可见光光及不可见光光的卫星相片片的应用，使使得大范围监监测环境污染染的技术逐渐渐发展和应用用；勘探技术术的成熟，使使得预测地下下的水文地质质状况与污染染程度的可靠靠度进一步提提高；另一方方面，计算机机和网络技术术的普及，使使得岩土工程程、环境状况况和社会现况况等信息的整整合与分享成成为可能。在在上述的条件件下，自1995年以来，通过过地理信息系系统平台，将将上述所获得得的信息进行行系统性整合合，把污染程程度或环境易易损性加以分分级，并绘制制成图，作为为污染控制的的参考依据及及工程初步规规划的决策参参考，形成跨跨领域的整合合。由于各地地区之间人文文与自然条件件均不相同，，使得选用的的研究参数与与数学模型各各不相同，如如何进行污染染程度与环境境易损性评估估与污染范围围，仍需进一一步讨论和研研究。34（2）污染物物迁移预测，，污染物迁移移预测对于污污染控制是相相当重要的，，了解污染物物的迁移规律律可以作为保保护区划定的的参考依据，，并可用来评评估现况是否否恶化或好转转。污染物迁迁移预测通常常通过现地监监测与数值模模拟，现地监监测通常采取取现地钻孔或或电磁探测、、探地雷达等等地球物理探探测法。污染染物迁移预测测的准确性和和对于突发性性事故的污染染评估与治理理是关键技术术问题。（3）地下水综合合管理。包括括地下水库勘勘探、水质监监测、污染控控制、保护区区划定、土地地利用与合理理使用规划等等。35（4）污染土土修复。利用用污染物迁移移特性，使污污染物从土中中移除。污染染治理效率的的评估是重要要的课题。（5）废弃物物处理场的规规划。废弃物物主要包括辐辐射污染物、、固体污染物物和液体污染染物，这些污污染物的处理理问题包括了了场址选定、、保护层设计计与安全性评评估的研究。。362、地质灾害问问题（1）概述我国是地质灾灾害十分严重重的国家。根根据“中国环环境公报，1998~2002”的统计，1999年、2000年、2001年和2002年，全国因滑滑坡、泥石流流死亡人数分分别为823人、1102人（另63人失踪）、788人和853人。目前地质质灾害的研究究主要在于灾灾害风险评估估，包括灾害害潜势图的划划定与灾害预预报。37由于计算机的的普及，数值值分析广泛应应用于灾害发发生机制的模模拟，建立了了大量的数值值模型，使得得人们对灾害害的发生掌握握了基本规律律；空间技术术的发展，全全球定位系统统和高解析、、可见光及不不可见光的卫卫星相片的应应用，使得大大范围监测的的技术逐渐发发展和应用；；勘探技术的的成熟，使得得预测地下地地质状况的可可靠度进一步步提高；另一一方面，计算算机和网络技技术的普及，，使得岩土工工程信息的整整合与分享成成为可能。在在上述的条件件下，自1990年以来，通过过地理信息系系统平台，将将上述所获得得的信息进行行系统性整合合，把地质灾灾害的危险和和危害的潜势势度加以分级级，并绘制成成图，作为灾灾害防救的参参考依据及工工程初步规划划的决策参考考的研究大量量展开。38另一方面，地地质灾害具有有地域性，不不同的地区有有不同的地质质灾害，且地地质灾害的分分布通常相当当广泛，这使使得各国政府府不可能投入入巨资来全面面有效治理地地质灾害，而而且也不可行行，因此，分分区重点防治治并结合监测测预警系统的的建立是未来来处理地质灾灾害问题的主主要可行方法法。通过灾害害历史资料的的搜集与可靠靠度分析进行行预警基准的的研究也相当当普遍。39国内外学者越越来越重视高高边坡病害的的系统监测，，随着监测技技术的发展和和监测经验的的积累，对监监测的意义、、内容、目的的认识不断深深入。高边坡坡病害的监测测是高边坡病病害预报和防防治基础信息息获得的一种种重要手段，，实现高边坡坡病害的有效效防治或灾害害预报。监测测的目的是预预测地质灾害害的发展演变变趋势，具体体了解和掌握握病害演变的的动态过程，，适时捕捉病病害临近暴发发成灾的特征征信息，或把把握边坡病害害治理的有效效时机以避免免灾害事故的的发生。从边边坡病害的监监测内容而言言，不仅包括括边坡病害的的形成条件、、形成过程的的监测，而且且还包括病害害治理工程效效果的反馈监监测。我国香香港地区的滑滑坡监测技术术和体系是相相当先进和有有效的。402003年4月7日，中国国土土资源部和中中国气象局签签订了“关于于联合开展地地质灾害预报报预警工作的的协议”。从从此，中央电电视台每年在在进入雨季后后在黄金时间间向全国人民民发布滑坡泥泥石流等地质质灾害预报。。这在全世界界尚属首次。。据不完全统统计的反馈资资料2003年的预报预警警工作准确率率达到50％以上。41（2）典型灾灾害——滑坡坡预报问题一、滑坡时间间预测研究历历程对滑坡时间预预报的研究历历程，大致可可以划分为以以下三个阶段段：1、20世纪60~70年代现象预报报和经验方程程预报阶段：：主要以现象预预报和经验预预报为主。利利用滑波的一一些变形破坏坏现象和失稳稳前的宏观前前兆现象，对对滑坡失稳进进行推断。这这种预报是对对滑坡前兆反反映的经验积积累的直观预预报方法。滑滑坡前兆现象象主要有：地地面变形、地地下水位突然然变化、地声声、地热、动动物表现异常常等。显然这这种方法只适适用于明显前前兆的滑坡，，预报精度也也不高，是一一种定性的预预报方法。421963年，我国曾利利用这种方法法成功地预报报了宝成线须须家河滑坡。。在这期间，，日本学者斋斋藤迪孝通过过大量的试验验，提出了蠕蠕变破坏三阶阶段理论，建建立了加速蠕蠕变的微分方方程，利用该该模型曾于1970年对日本的高高场山滑波进进行了成功的的预报。此后后，E.Hock根据智利的Chuquicamata矿滑坡监测位位移——时间曲线提出出了利用滑波波变形曲线的的形态和趋势势进行外延并并推求滑动时时间的外延法法，其预报的的理论依据与与斋藤是相同同的。由于这这些方是在一一定条件下建建立的经验公公式，所求得得的蠕变破坏坏时间属于概概算，预报精精度受到一定定的限制，仅仅适用于中短短期预报和临临滑预报。因因此，这一阶阶段的预报方方法，是建立立在“现象””和“经验””基础上的经经验预报法。。432、20世纪80年代位移———时间统统计分析预预报阶段：：随着概率论论、数理统统计、灰色色系统理论论、模糊数数学等现代代数学理论论的诞生和和广泛应用用，国内外外学者在此此基础上建建立了多个个滑坡预报报模型。例如：王思敬教授授（1984）提出了边边坡失移前前总变形量量和位移速速率的综合合预报方法法。陈明东东、王兰生生（1988）首先将灰灰色系统理理论中的GM（1，1）模型法引入入滑坡位移移——时间间曲线的拟拟合外推，，提出了利利用滤波灰灰色分析法法进行滑坡坡的中期预预报。晏同同珍（1988）根据滑坡坡过程存在在着与生物物孕育、发发生、消亡亡相似的位位移特征，，引入了Verhulst生物生长模模型，Verhulst模型目前已已被广泛采采用。李天天斌（1999）根据斜坡坡变形破坏坏的位移量量化曲线更更接近Verhulst反函数曲线线，提出了了Verhulst反函数模型型。这一时时期，张倬倬元（1988）还提出了了黄金分割割数法，孙孙景恒（1993）引入了Pearl生长模型法法。44此外，还有有不少学者者引入了马马尔科夫预预报、模糊糊数学方法法预报、正正交多项式式最佳逼近近模型（周周创兵等））、梯度-正弦模型型（崔政权权）、泊松松旋回预报报和图解法法等多种方方法，使滑滑坡预报方方法向定量量化方向迈迈进了一大大步。但是是，这一阶阶段的学者者们主要注注重预报方方法的探讨讨而对与滑滑坡密切相相关的一些些基本问题题，如观测测资料的分分析、处理理、预报时时序资料的的选择、干干扰信息的的剔除与有有用信息的的增强等还还认识不足足；对滑坡坡基础研究究与预报相相结合方面面的探讨也也较少，也也很少在利利用上述先先进理论和和方法的同同进，将预预报参数与与斜坡变形形破坏和演演变机制联联系起来考考虑，因而而大大影响响了预报精精度。453、20世纪90年代以来非非线性预报报和综合预预报模型及及预报判据据研究阶段段：20世纪90年代以以来，由于于系统科学学和非线性性科学的发发展及其在在各个领域域内的广泛泛应用，人人们的认识识发生了质质的变化。。滑坡研究究者开始认认识到滑坡坡体系是一一个开放系系统，是一一个灰与白白、确定性性与随机性性、渐变与与突变、平平衡与非平平衡、有序序与无序等等对立统一一的系统。。因此，许许多学者引引用了对处处理复杂问问题比较有有效的非线线性科学理理论来研究究滑坡的预预报问题，，提出了多多个滑坡预预报模型，，其中代表表性的有：：尖点突变变和灰色尖尖点突变模模型（秦四四清等，1993））、动态分分维跟踪预预报模型（（李天斌等等，1995）、协协同预报模模型（黄润润秋、许强强，1997）等。。同时还还提出了一一些滑坡预预报的联合合模型，如如滑坡预报报的BP-GA混合算法（（吴承祯等等，2000）以及及协同-分分岔预报模模型（黄志志全等，2002））等。46此外，人们们逐渐开始始重视滑坡坡预报判据据和综合预预报模型的的研究，并并着手从物物理现象和和物理模型型分析入手手进行滑坡坡预报的探探索。而且且，人们逐逐渐认识到到滑坡预报报不仅仅是是一个纯方方法问题，，要实现较较为准确的的预报，必必须将斜坡坡变形破坏坏机制分析析与定量预预报相结合合，必须对对与滑坡密密切相关的的基本问题题进行研究究。运用系系统综合、、系统分析析、系统模模拟的方法法对滑坡系系统进行识识别、模拟拟及预测预预报。目前前，地质力力学模拟和和数值模拟拟作为一种种有效的手手段，在滑滑坡演变的的动态过程程与趋势预预测中已被被广泛应用用。滑坡预预报已从过过去单一的的现象研究究、模型方方法研究进进入了预报报阶段，并并且逐步同同实用化、、系统化迈迈进。47近些年来，，随着一些些新的、先先进的技术术手段的应应用和发展展，一些相相邻学科的的渗透和新新学科的兴兴起，为滑滑坡预报研研究提供了了新的理论论方法和观观测、实验验、计算手手段。滑坡坡研究者开开始将GIS技术、专家家系统的理理论和方法法等运用于于滑坡的预预测预报中中。基于以往滑滑坡时间预预测预报的的研究成果果，在滑坡坡时间预测测预报的工工程实践中中也取得了了不少成果果和经验，，如：我国国三峡库区区新滩滑坡坡在1985年就得得到了成功功的预警预预报，避免免了1000多人的的伤亡；1995年年甘肃境内内的黄茨滑滑坡由于得得到了系统统监测，其其发生时间间也得到了了准确的预预报。统计计国内外成成功预报的的滑坡如表表1.1。。4849二、滑坡预预报的主要要问题与讨讨论尽管国内外外专家学者者在滑坡灾灾害的时间间测试预报报方面取得得了不少进进展，并且且也确有预预报成功的的实例（如如上表1.1）。但但是，由于于斜波演化化过程的复复杂性、随随机性和不不确定性，，要想准确确地预报滑滑坡的发生生时间是十十分困难的的。在滑坡的时时间预报中中，临滑预预报由于滑滑坡体的变变形表现已已经比较明明显，而且且又已经积积累的比较较长时间的的监测资料料，各方面面前兆信息息充分，发发展趋势易易于掌握和和判断；因因此，临滑滑预报相对对是容易的的。目前，，国内外（（尤其是我我国）绝大大多数滑坡坡的成功预预报依赖的的都是临滑滑信息，属属于临滑预预报，也说说明了这一一点。50滑坡预报真真正的难点点主要是中中长期预报报，其次是是短期预报报。这些预预报可能与与“事件””相互迭加加，更增加加了预报的的难度。因因此，目前前来说滑坡坡预报困难难主要是指指中、长期期预报和短短期预报的的困难。我我们要讨论论的主要是是前者。滑坡预报（（主要指中中长期和短短期预报，，下同）是是一个世界界性的难题题。这一问问题之所以以难，主要要有以下几几方面的原原因：511、滑坡既是一一个复杂的的地质力学学过程，又又是一个高高度复杂的的非线性系系统。这个个系统的特特点就在于于构成系统统的内部条条件、外部部因素都具具有很强的的随机性和和非确定性性，而且这这种特性用用传统的理理论难于表表达。因此此，对于一一些复杂的的滑坡系统统，我们目目前的认识识和理论不不平还受到到很大的限限制。522、对于复复杂的滑坡坡系统，我我们能够获获得的信息息是极为有有限的。对对大多数的的滑坡，如如果在事前前没有被纳纳入人们的的视野或被被人们所认认识，就几几乎不可能能掌握它的的任何信息息，因此，，这类滑坡坡的发生往往往使我们们感到非常常的被动和和突然，也也最容易造造成灾害。。即便是那那些已经被被纳入监控控范围的滑滑坡体，我我们监控的的手段和监监控的数量量往往也是是有限的，，很难作到到对各种信信息全面和和足够深度度的把握，，因此，实实施预报就就很困难。。从这个意意义上来讲讲，对某些些高度复杂杂的滑坡，，如果所掌掌握的信息息不足，准准确预报几几乎不可能能的。533、在认识识问题的思思路上还存存在一定的的问题，更更多的是依依赖于对监监测结果的的数学推演演，而忽视视了对滑坡坡体变形破破坏机理的的认识。抛开开临临滑滑预预报报和和现现象象预预报报不不说说，，现现在在大大多多数数滑滑坡坡中中长长期期或或短短期期预预报报主主要要是是依依靠靠对对位位移移监监测测曲曲线线的的推推演演，，通通过过位位移移的的相相对对变变化化（（或或速速率率的的变变化化））来来预预报报其其今今后后的的行行为为，，也也可可以以称称为为““相相对对位位移移预预报报””。。固固然然，，滑滑坡坡位位移移随随时时间间的的变变化化对对滑滑坡坡预预报报具具有有绝绝对对重重要要的的作作用用，，但但是是，，如如果果对对这这种种位位移移随随时时间间的的变变化化仅仅停停留留在在曲曲线线““几几何何形形态态””变变化化的的认认识识上上，，而而过过多多的的依依赖赖于于数数学学方方程程进进行行各各种种外外推推式式预预报报，，显显然然对对问问题题的的认认识识就就仅仅停停留留在在表表面面上上。。采采用用这这种种方方法法对对一一些些结结构构和和过过程程简简单单，，监监