本文關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害防治系統(tǒng)工程方法論及散體滑坡研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 18 卷 　第 2 期 Vol. 18 　 2 No.

重慶師范學(xué)院學(xué)報 ( 自然科學(xué)版) Journal of Chongqing Normal University ( Natural Science Edition)

2001 年 6 月 J un. 2001

地質(zhì)災(zāi)害防治系統(tǒng)工程方法論及散體滑坡研究陳 洪 凱 ,唐 紅 梅 ,翁 其 能 ,祝 曉 寅
( 重慶交通學(xué)院 巖土工程研究所 , 重慶 , 400074)

摘 　 :地質(zhì)災(zāi)害是地質(zhì)環(huán)境中各因子異變耦合作用的產(chǎn)物 ,全面認識地質(zhì)災(zāi)害 、 要 盡力防止地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)環(huán)境的構(gòu) 成、 有效而適時地改造致災(zāi)環(huán)境及全過程監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害 ,構(gòu)成了地質(zhì)災(zāi)害防治的系統(tǒng)工程方法論 。據(jù)此認為 ,三峽 庫區(qū)的松散土體 、 水和城區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害研究及防治過程中必須考慮的主控因子 ; 松散土體吸水蠕變 、 強度衰減是散 體滑坡啟動的本質(zhì)機理 ; 散體滑坡的防治技術(shù)應(yīng)該從散體 、 水及城區(qū)幾個方面著手 ,進行綜合治理 。 關(guān)鍵詞 : 地質(zhì)災(zāi)害 ; 認識論 ; 滑坡啟動 ; 非飽和土 ; 治理技術(shù)

cess. The water ,loose soil mass and district in t he Three Gorges reservoir region are main controlling factors which should

count in t he technology for a comprehensive prevention and harness of loose soil landslides.

地質(zhì)災(zāi)害 ( Geologic Disaster) 是指由于自然產(chǎn)生和人為誘發(fā)的對人民生命和財產(chǎn)安全造成危害的地質(zhì)現(xiàn) 象 ,包括 10 大類共計 31 種 ,尤其以崩塌 、 滑坡和泥石流 ( 簡稱崩滑流) 等類型最為發(fā)育 。處于城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)內(nèi) 人口比較密集 、 經(jīng)濟比較發(fā)達的區(qū)域 ,地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)險情較大 ,是地質(zhì)災(zāi)害的重點研究 、 監(jiān)測及治理對象 。我 國地質(zhì)災(zāi)害的成災(zāi)具有明顯的方向性 、 地域性 ,其損失與人口密度 、 經(jīng)濟發(fā)達程度呈現(xiàn)正比例關(guān)系 。國土資 源部不完全的統(tǒng)計資料表明 ,我國的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育頻繁 ,每年損失約 300 億元 。近 10 年來 ,我國由于崩滑流 造成近萬人死亡 ,全國 400 多個市 、 、 、 區(qū) 縣 鎮(zhèn)受到嚴(yán)重侵害 。1998 年僅重慶市便有 72 億元人民幣的自然災(zāi) 害損失 ,其中絕大部分是地質(zhì)災(zāi)害造成的 。 重慶市地處四川東部盆地向山地的過渡地帶 ,崩滑流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)育 ,截止到 1998 年 10 月底的統(tǒng) 計資料顯示 ,區(qū)內(nèi)已調(diào)查的地質(zhì)災(zāi)害點 1933 處 ,總體積達 32. 2 億 m3 ,其中 ,城市危巖滑坡共計 777 處 ,總面 積 7 583 m2 總體積約 11. 3 億 m3 。特別是主城區(qū)沿江一帶 ,每平方公里有危巖滑坡 1 處以上 ,渝中區(qū)多達 5 處 [ 1 ] 。重慶庫區(qū)的城區(qū)危巖滑坡具有面廣 、 、 量多 災(zāi)害嚴(yán)重的總體特征[ 1 ] ,85 %以上屬于松散土體堆積層滑 [2 ] 坡 。作為三峽工程三大組成部分之一的三峽水庫 , 庫區(qū)移發(fā)是三峽工程成敗的關(guān)鍵 。在十多年的時間
Ξ 收稿日期 :2000209225

in intensity are t he startup essence of t he kind of landslides. Loose soil mass ,water and t he district should be taken into ac2 Key words : geologic disaster ;epistemology ;landslides startup ;unsaturated soil ;harnessing technology

中圖分類號 : P546 　　　　　　　　 文獻標(biāo)識碼 :A 　　　　　　　　　　 文章編號 :100128905 ( 2001) 0220062204

Systematic Engineering f or Preventing and H arnessing Geologic Disasters and the Study and Prevention of the Landstides of Loose Soil
CH EN Hong2kai , TA N G Hong2mei , W O N G Qi2neng , Z HU Xiao2yi n

( Instit ute of Geotechnical Engineering ,Chongqing J iaotong University ,400074 ,China)

Abstract :Geologic calamity is t he result caused by coupling interactions of each factor in t he geologic environment . The

ment from t hem ,effectivel and timely rebuilding t he envirnment and monitoring t he geologic disasters in t heir whole pro2 be considered in t he course of t he researching and harnessing of t he geologic calamities. The loose soil mass creep and wane

systematic engineering met hodology is composed of getting aquainted wit h t he geologic disasters ,protecting t he environ2

Ξ

基金項目 : 重慶市基金項目 (200047) 成果之一 作者簡介 : 陳洪凱 (19642) ,男 ,重慶江津人 ,重慶交通學(xué)院巖土工程研究所教授 、 博士 , 長期從事地質(zhì)災(zāi)害研究及防治 、 邊坡巖體滲流排 水及加固 ,土建新材料等的研究和教學(xué)工作 。

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陳洪凱 等 : 地質(zhì)災(zāi)害防治系統(tǒng)工程方法論及散體滑坡研究

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內(nèi) ,三峽移民工程由于城鎮(zhèn)遷建和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整 ,需要建設(shè)數(shù)千萬平方米的各類房屋和大量的道路 、 、 橋梁 供 水等基礎(chǔ)工程 。庫區(qū)移民址區(qū)建設(shè)及各類基礎(chǔ)工程的遷建均與環(huán)境密切相關(guān) ,地質(zhì)災(zāi)害的正確識別 、 管理及 防治是移民工程的關(guān)鍵技術(shù)之一 。

1　 地質(zhì)災(zāi)害防治的系統(tǒng)工程方法論
系統(tǒng)工程是一門新興的邊緣科學(xué) ,國內(nèi)外對其理解至今仍不盡相同 。美國國防部認為系統(tǒng)工程是一個 技術(shù)過程 ,也是一個管理過程 ; 錢學(xué)森教授認為系統(tǒng)工程是組織系統(tǒng)的規(guī)劃 、 設(shè)計制造 、 實驗和使用方法 。系 統(tǒng)論是研究物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)的問題 ,是一動態(tài)過程 ,包括現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 、 控制和管理 。顯然 ,地質(zhì)災(zāi)害防 治是一個系統(tǒng)工程 ,地質(zhì)災(zāi)害防治的系統(tǒng)工程方法論包括四個方面的主要內(nèi)容和過程 。 1. 1 　 全面認識地質(zhì)災(zāi)害 由于地質(zhì)災(zāi)害系統(tǒng)是由諸多自然 、 人為因子共同構(gòu)成的一個動態(tài)系統(tǒng) ,也是一個遠離平衡態(tài)的耗散結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 。因子之間的相互耦合異變作用產(chǎn)生了熵 ,即熵既含有成分又含有人為作用的成分[ 3 ] 。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu) 理論 ,要避免系統(tǒng)熵增 ,系統(tǒng)必然要從外界攝取負熵 ,只有當(dāng)系統(tǒng)的負熵小于熵增時 ,系統(tǒng)才處于一種有序狀 態(tài) 。也可推斷 ,負熵也含有自然和人為兩方面的內(nèi)涵 。在短時期內(nèi) ,人為熵化最明顯 ,人為活動在短時間 ( 自 然熵相對穩(wěn)定) 可以通過人為熵的協(xié)調(diào)來達到地質(zhì)災(zāi)害防治的目的 。因此 ,研究庫區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害識別技術(shù) 、 耦合異變規(guī)律及防治技術(shù)時 ,首先是要認識地質(zhì)災(zāi)害 ,從面 ( 區(qū)) 、 、 線 點三位一體進行全面認識 ,只有全面認 識了 “區(qū)內(nèi)” 線” “ 沿線地質(zhì)災(zāi)害的影響因子及敏感性 、 、 類型構(gòu)成 、 耦合異變關(guān)系及發(fā)育趨勢后 ,才能全面 、 動 態(tài)地掌握其基本特征和基本過程 ,為負熵的引入創(chuàng)造條件 。 1. 2 　 防止地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)環(huán)境的構(gòu)成 由于地質(zhì)災(zāi)害各類致害因子之間的耦合關(guān)系非常復(fù)雜 ,地下水的滲排特性 、 地質(zhì)體的形態(tài)特征及巖體結(jié) 構(gòu)模式 、 人類活動類型及程度等通常均會耦合作用 , 互為因果 , 但針對不同地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害 , 或不同地災(zāi)的 線、 點呈現(xiàn)出的主導(dǎo)因子則有可能因環(huán)境不同而有所差異 。盡力防止地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)環(huán)境的構(gòu)成 ,本質(zhì)上是避 免人為向地質(zhì)災(zāi)害的致災(zāi)環(huán)境輸入正熵 , 盡量減小對致災(zāi)環(huán)境的擾動 , 減小對致災(zāi)環(huán)境因子異變耦合的觸 發(fā)。 1. 3 　 有效而適時的改造致災(zāi)環(huán)境 基于對區(qū) 、 、 線 點地質(zhì)災(zāi)害成災(zāi)規(guī)律及過程的正確認識 ,測尋致災(zāi)環(huán)境敏感因子 ,利用一系列行之有效的 工程結(jié)構(gòu)防治技術(shù)去限制敏感因子及觸發(fā)因子 ,相當(dāng)于給地質(zhì)災(zāi)害的致災(zāi)環(huán)境引入負熵 ,則地災(zāi)系統(tǒng)遠離平 衡態(tài) 。 1. 4 　 全過程監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害 尤其對一些重要區(qū) 、 、 線 點的地質(zhì)災(zāi)害 ,監(jiān)測顯得極為重要 。由于地質(zhì)災(zāi)害狀態(tài)要隨著各類致災(zāi)因子耦 合作用模式及程度而演繹 ,異變熵增 , 使致災(zāi)環(huán)境熱寂而成災(zāi)[ 4 ] 。因此 , 監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害 , 關(guān)鍵是通過致災(zāi)因 子的實時觀測 ,掌握其變化過程 ,據(jù)此運用研究得出的地質(zhì)災(zāi)害識別及穩(wěn)定性測評系統(tǒng)對致災(zāi)體進行變形及 穩(wěn)定狀態(tài)分析 ,為地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報 、 預(yù)警奠定堅實的理論及應(yīng)用基礎(chǔ) 。

2　 關(guān)于散體滑坡的形成及啟動問題
地質(zhì)災(zāi)害的研究與防治屬于多學(xué)科知識聯(lián)合攻關(guān)的典范性邊緣課題[ 5 ,6 ] ,堅持以地質(zhì)災(zāi)害防治的系統(tǒng) 工程方法論為指導(dǎo) ,巖土力學(xué) 、 工程地質(zhì)學(xué) 、 巖土滲流力學(xué) 、 結(jié)構(gòu)工程學(xué) 、 非飽和土力學(xué) 、 結(jié)構(gòu)動力學(xué)等是關(guān)系 到致災(zāi)體變形與穩(wěn)定的主要學(xué)科知識滋生點 。三峽庫區(qū)內(nèi)雖然發(fā)育有眾多著名的大型 、 特大型基巖滑坡 ,但 發(fā)育數(shù)量最多 、 分布范圍最廣 、 對移民址區(qū)的選擇及建設(shè)影響最大的仍是散體滑坡 。散體滑坡主要由地表第 四系松散土體組成 ,以侏羅泥巖 、 頁巖為主 , 富含粘土礦物 , 硅 、 鋁含量高 ( 見表 1 ) ; 滑動面一般為下伏基巖 面 。如萬縣城區(qū)的豆芽棚滑坡 、 重慶北碚的施家梁滑坡 ,1998 年在重慶庫區(qū)的豐都 、 云陽 、 [ 7 ] 、 巫山 涪陵 、 長 壽等發(fā)生的眾多滑坡均屬散體滑坡 。堅持滑坡的微觀組成認識顯得極為重要 。

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重慶師范學(xué)院學(xué)報 ( 自然科學(xué)版)

第 18 卷

表1　 重慶庫區(qū)松散土體化學(xué)成分組成表
組成成分
SiO2 Al2 O3 15. 135 CaO 0. 910 Fe2 O3 5. 825 MgO 1. 900 K2 O 2. 600 Na2 O 0. 810 TiO 0. 750 MnO 0. 136

質(zhì)量分數(shù)/ % 66. 595

研究表明 ,地下水是重慶庫區(qū)散體滑坡孕發(fā)過程的主要控制因子 ,尤其是滑坡的啟動在其它條件相同的 前提條件下 ,地下水是典型的敏感因子 �；�坡土體吸水蠕變 、 強度衰減 ,當(dāng)強度衰減到達閾值時 ,滑坡開始啟 動 ,構(gòu)成散體滑坡啟動的主要機理 。實驗資料表明 ,庫區(qū)內(nèi)松散土體粘結(jié)力與含水量呈現(xiàn)典型的非線性 ( 見 圖 1) ,含水質(zhì)量在 15 %～18 %時 ,土體的粘結(jié)力呈現(xiàn)峰值 ; 內(nèi)摩擦角總體趨勢表現(xiàn)為隨含水量的增大而降低 ( 見圖 2) ; 松散土體強度參數(shù) C 、 之間也具有非線性規(guī)律 ( 見圖 3) 。 φ 滑坡活動與降雨關(guān)系具有延滯一致性 ,如 1982 年 7 月 15～16 日 ,云陽地區(qū)降雨 357. 7 mm ,占月降雨量 的 56 %以上 。降雨作用對滑坡活動的影響包括三個閾值參數(shù) : 最低誘發(fā)雨量 、 最低降雨強度和最短降雨時 間 ( 歷時) �！� 1963 年 8 月 16 日云陽降雨量 168. 9 mm , 超過了 1982 年 7 月 16～ 17 日的日降雨 ( 16 日為 　 125. 8 mm 、 日為 191. 5 mm ) , 但是雞扒子滑坡和鄰近的天寶滑坡并未復(fù)活 , 其原因是此次降雨總量為 17 292. 1 mm ( 歷時 9 天) 、 平均強度不大 ( 僅為 32. 5 mm) 。雖然 1963 年 8 月 15 日的降雨總量超過了雞扒子滑 坡開始滑動時的 290 mm ,但因降雨時間長 、 強度不夠而未使滑坡復(fù)活 ( 見圖 4 ,5) 。

　 1　 圖 粘結(jié)力與含水量的關(guān)系圖 　　　 2 　 圖 內(nèi)摩擦角與含水量的關(guān)系圖 　　　 3 　 圖 粘結(jié)力與內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系

　　 4 　 圖 1963. 8 雞扒子滑坡活動與降雨過程的關(guān)系 　　　　　　 5 　 圖 1963. 8 天寶滑坡活動與降雨過程的關(guān)系

研究認為 ,降雨影響滑坡 ,僅僅是表觀現(xiàn)象 ,降雨歷時 、 降雨強度等僅僅是通過影響 、 控制降雨入滲來間 接地控制崩滑流等地質(zhì)災(zāi)害的演繹過程 ,入滲水體在致災(zāi)體中的滲傳過程及規(guī)律 、 土體吸水蠕變強度衰減才 是散體滑坡演繹啟動的本質(zhì) 。非飽和土力學(xué)及巖土滲流力學(xué) ,在散體滑坡孕發(fā)機理中具有廣闊的應(yīng)用前景 。

3　 關(guān)于散體滑坡的治理問題
研究地質(zhì)災(zāi)害的根本目的在于有效地防治地質(zhì)災(zāi)害 ,而防治地質(zhì)災(zāi)害的最終目標(biāo)在于防災(zāi)減災(zāi) 、 美化人 類生存環(huán)境 。在崩滑體的工程防治中 ,目前多數(shù)情況均采用擋 ( 抗滑樁 、 擋土墻等) 、 ( 錨桿抗滑樁 、 錨 錨索抗 [7 ] 滑柱) 、 ( 邊坡掛網(wǎng)噴錨) 、 ( 地表水) 等方法 ,這些防治措施應(yīng)具有針對性 。對重慶庫區(qū)而言 ,面對的是 噴 排

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陳洪凱 等 : 地質(zhì)災(zāi)害防治系統(tǒng)工程方法論及散體滑坡研究

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移民過程中十分發(fā)育的散體滑坡及庫岸坍塌 ,其防治應(yīng)該是綜合性質(zhì)的 ,以防治系統(tǒng)工程方法論為指導(dǎo) ,從 地質(zhì)災(zāi)害的成因去探索防治技術(shù) ,靈活 、 有效地使用目前已經(jīng)具有的防治技術(shù) ,并著力研發(fā)新技術(shù) 。散體 、 水 和城區(qū)是重慶庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治必須面對的三個關(guān)鍵主控 因子 。 “散體”開發(fā)有效的滑動面鎖固技術(shù)是必要的 , 針對 , 類似于舊路改造中的路基拓寬鑲嵌技術(shù) ( 見圖 6 ) ; 針對 “水”應(yīng)高度重視滑坡體中的地下水 , 尤其庫岸滑坡 , 水位 , 增高時庫水補給滑坡體 ,而在水位降落時 ,滑坡體中的地下 水向外滲流 ,此過程必然導(dǎo)致靜水壓力和動水壓力的產(chǎn)生 , 且滑坡體因水位降落而失去庫水對滑坡的支撐 , 增大了滑 坡體的自重 ,輔之以地下水對滑坡土體物理力學(xué)參數(shù)的劣 化 ,滑坡穩(wěn)定狀態(tài)必然急劇惡化 , 因此 , 滑坡防治過程中要 求有效排泄地下水 ,確保致災(zāi)體強度不被衰減 ,再結(jié)合常規(guī) 的支護結(jié)構(gòu)措施 ,可以達到有效治理的目的 ; 針對 “城區(qū)” , 地質(zhì)災(zāi)害的治理應(yīng)堅持災(zāi)體治理與利用一體的基本原則 , 開發(fā)有效的承重 —— — 支撐一體化防治技術(shù) 。

圖6　 路基拓寬鎖固技術(shù)

4　 結(jié)論
(1) 全面認識地質(zhì)災(zāi)害 、 盡力防止地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)環(huán)境

的構(gòu)成 、 有效而適時地改造致災(zāi)環(huán)境及全過程監(jiān)測地質(zhì)災(zāi)害 ,構(gòu)成了地質(zhì)災(zāi)害防治的系統(tǒng)工程方法論 。地質(zhì) 災(zāi)害防治系統(tǒng)工程方法論是指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害研究及防治的科學(xué)思維方法 。 ( 2) 散體 、 水和城區(qū)是三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治必須面對的三個關(guān)鍵主控因子 。 ( 3) 三峽庫區(qū)散體滑坡的形成 、 發(fā)育與 “水” 密切相關(guān) ,前期降雨量與降雨強度的組合是滑坡孕發(fā)的根本 原因 ,滑坡體中地下水的滲排特性及過程直接控制著滑坡的整體穩(wěn)定性 ,影響著滑坡的治理效果 。 ( 4) 三峽庫區(qū)散體滑坡的發(fā)育直接受控于滑坡體巖土物理力學(xué)參數(shù)的吸水衰減特性 。 ( 5) 在庫區(qū)城集鎮(zhèn)岸坡庫岸再造過程中 ,鑲嵌拓寬鎖固技術(shù) 、 排水與加固聯(lián)合技術(shù)等是滑坡防治的有效 措施 。 參考文獻 :
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( 責(zé)任編輯 　 蔣崇玲)



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