地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報參考資料-地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計與施工

1、地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計與施工 2 比起一般建筑工程來，地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計更顯示出其“個性”，即幾乎沒有完全相同的工程。因此，要求從事地質(zhì)災(zāi)害防治工程事業(yè)的勘查、設(shè)計和施工人員都應(yīng)“擅長于建筑原型”，相應(yīng)地，監(jiān)理和管理人員也要從思想上明確這一根本特點(diǎn)。1 防治工程實(shí)施的論證 在明確了地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展階段、壽命、人類與地質(zhì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系之后，要求用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)與方法進(jìn)行災(zāi)害防治的論證與決策，它包括全局觀、層次觀、價值觀和策略觀等方面的系統(tǒng)運(yùn)籌與決策。1.1 減災(zāi)決策的前提 減災(zāi)的基本決策應(yīng)是在專業(yè)工作者查清問題的實(shí)質(zhì)后進(jìn)行。 （1）對于可能發(fā)生較大經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境乃至政治性影響的災(zāi)害，應(yīng)布置實(shí)物工

2、作量，在勘察報告基礎(chǔ)上，確定是監(jiān)測預(yù)防，還是搬遷躲避，或是及時整治。 （2）對于即使發(fā)生災(zāi)害，但不致造成大的災(zāi)難，治理也不會贏得好的效益，則只需有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)災(zāi)害防治人員現(xiàn)場認(rèn)證即可，不必動用實(shí)物工作量，以免造成不必要的浪費(fèi)。 （3）在目前的科學(xué)技術(shù)水平下，有的災(zāi)害事件尚很難完全避免和防治，只能通過合理的規(guī)劃進(jìn)行躲避，或開展適當(dāng)防護(hù)工程以減少損失。1.2 地質(zhì)災(zāi)害防治決策依據(jù) （1）已取得充分可靠的資料，對地質(zhì)災(zāi)害體的變形破壞機(jī)制認(rèn)識正確； （2）一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，將給人類生命財產(chǎn)或資源環(huán)境造成重大危害； （3）治理災(zāi)害的費(fèi)用是可以承受的，且投入收益比滿足以下關(guān)系： （5-1）式中，E 經(jīng)濟(jì)、社

3、會和環(huán)境純收益； ES 一定時期內(nèi)避免災(zāi)害發(fā)生的總收益； EL 災(zāi)害發(fā)生后的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境總損失； ET 治理工程的總成本。在一定時期內(nèi)，贏得的直接與間接效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于災(zāi)害發(fā)生時可能造成的直接與間接損失和治災(zāi)成本之和。1.3 地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級的確定地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級見表5-1，具體確定應(yīng)考慮如下因素：（1）地質(zhì)災(zāi)害范圍內(nèi)可能造成的直接經(jīng)濟(jì)損失，包括直接破壞的土地、房屋設(shè)施、工礦企業(yè)、工程設(shè)施、公路、鐵路、橋梁、輸電、通訊線路、各種管道、河道、水源、水庫等水利設(shè)施、文物古跡和人文景觀等；（2）地質(zhì)災(zāi)害范圍內(nèi)可能造成的間接經(jīng)濟(jì)損失主要包括工礦停產(chǎn)、減產(chǎn)、產(chǎn)品積壓、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、商業(yè)旅游業(yè)下降、交

4、通中斷、通訊中斷、能源中斷和物價上漲等；（3）威脅人員及可能造成人員傷亡數(shù)；（4）社會傷害，包括對社會人群產(chǎn)生的影響，如公民心理恐慌、治安狀況下降、投資信譽(yù)降低、社會保障下滑和不良政治影響等。（5）環(huán)境損失，包括對自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境的損失。1.4 地質(zhì)災(zāi)害防治的決策思路地質(zhì)災(zāi)害本身及其防治工程是一個很復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它需要決策層從時間進(jìn)展、邏輯順序和科學(xué)技術(shù)要求等三方面來論證，這里引用霍爾（HallAD，1969）提出的三維結(jié)構(gòu)來說明。霍爾三維結(jié)構(gòu)包括時間維、邏輯維和知識維三個方面。表5-1 地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級的確定工程等級工程投資（萬元）威脅人數(shù)預(yù)測保護(hù)財產(chǎn)（萬元）危害地域或工程

5、設(shè)施A級（一級）3000300030000特大大城市；國家大型廠礦企業(yè)；巨型工程水利設(shè)施；重點(diǎn)交通通訊、能源干線；國家級開發(fā)項(xiàng)目等。B級（二級）10003000100030001000030000大城市；大型廠礦企業(yè)、大型工程水利設(shè)施；重要交通、通訊、能源干線；省級開發(fā)項(xiàng)目等。C級（三級）50010005001000500010000中等城市或縣城；中等廠礦企業(yè)；中等工程水利設(shè)施；交通、通訊、能源干線；市級開發(fā)項(xiàng)目等。D級（四級）10050010050010005000鄉(xiāng)、鎮(zhèn)所在地；重要居民點(diǎn)；小型廠礦；小型工程水利設(shè)施、縣級交通工程等。（1）時間維是指系統(tǒng)工程從規(guī)劃到峻工的基本階段或程序劃分

6、；（2）邏輯維是指系統(tǒng)工程的每個階段所要完成的工作步驟；（3）知識維是指完成上述各項(xiàng)工作所需求的各種科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)?，F(xiàn)以長江三峽鏈子崖危巖體重大地質(zhì)災(zāi)害整治工程的決策為例予以簡要說明。鏈子崖整治工程的時間維包括地質(zhì)調(diào)查與立項(xiàng)、工程地質(zhì)勘查、危巖體整治工程可行性研究、整治工程方案設(shè)計、整治工程施工設(shè)計、整治工程施工、地質(zhì)工程監(jiān)測信息反饋與設(shè)計調(diào)整或變更等。 鏈子崖整治工程的邏輯維應(yīng)表述各個階段。雖然各階段的內(nèi)容各有不同，但對每個階段一般應(yīng)考慮：問題的提出、性質(zhì)與范圍、每個階段的目的與基本標(biāo)準(zhǔn)（合乎規(guī)范）、滿足規(guī)范條件的系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、綜合的系統(tǒng)設(shè)計和各階段的地質(zhì)信息反饋。鏈子崖整治工程的知識

7、維包括大系統(tǒng)工程學(xué)的知識，如系統(tǒng)科學(xué)、控制論、信息論和運(yùn)籌學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)及其相關(guān)的地學(xué)分支、力學(xué)、非標(biāo)準(zhǔn)工程設(shè)計、社會科學(xué)與計算機(jī)技術(shù)等。2 工程方案論證的地質(zhì)觀與工程觀 地質(zhì)災(zāi)害防治理論研究是當(dāng)前亟待重視的一個重要方面。據(jù)估計，因缺乏正確理論指導(dǎo)而造成的潛在損失達(dá)地質(zhì)災(zāi)害防治工程投資的2030（孫廣忠，1996）。目前，我國已有地質(zhì)災(zāi)害勘查、防治工程可行性論證、工程設(shè)計與施工及監(jiān)測等的初步經(jīng)驗(yàn)，但相應(yīng)各階段的理論仍未成熟，也即理論落后于防治工程實(shí)踐的需要。作者多年來的工作體會是，具有特殊性的重大地質(zhì)災(zāi)害事件的研究與防治工程實(shí)踐是建立普適性的地質(zhì)災(zāi)害防治工程理論的基礎(chǔ)。2.1 問題的提出 一個

8、突出的問題是，究竟以地質(zhì)研究為主線并參與確定工程方案，還是象以往一樣，工程地質(zhì)勘察完畢以后，地質(zhì)研究人員就不再介入設(shè)計工程師的工作。我國地質(zhì)災(zāi)害防治工程的現(xiàn)狀是，工程咨詢論證中往往出現(xiàn)地質(zhì)專家與工程專家各執(zhí)一詞的現(xiàn)象，其原因一方面是勘查階段地質(zhì)研究工作不可能全面或無法深入，工作結(jié)論有不確定性；另一方面是參與此項(xiàng)工作的地質(zhì)專家和工程專家知識與經(jīng)驗(yàn)的局限，甚至還涉及他們的工作態(tài)度，最后給管理部門正確及時地決策造成極大困難和資金、時間的浪費(fèi)。這就提出了應(yīng)該堅持什么樣的地質(zhì)觀，什么樣的工程觀，二者又應(yīng)如何結(jié)合的問題。 很顯然，一批學(xué)術(shù)造詣精深的前輩在我國地質(zhì)災(zāi)害防治工程事業(yè)的探索中起著重要的導(dǎo)向和開拓

9、作用。他們根據(jù)各自的學(xué)術(shù)專長、工程或地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)與知識結(jié)構(gòu)，先后提出了一些指導(dǎo)觀念，比較系統(tǒng)的觀點(diǎn)如地質(zhì)工程（孫廣忠，1984，1992，1993，1996）、工程地質(zhì)體控制論（梁炯鋆等，1992）、地質(zhì)災(zāi)害立體防治系統(tǒng)（卓寶熙，1994）、變形體系論（余雨之，1995）和巖體工程穩(wěn)定性系統(tǒng)（孫玉科，1996）等。在年輕一代中，也已有一些思路在實(shí)踐中起了一定作用，如地質(zhì)災(zāi)害防治工程學(xué)（劉傳正，1994，1995，1996），它是基于地質(zhì)災(zāi)害體變形破壞機(jī)理分析而提出的，主要內(nèi)容包括指導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案論證的七個原則和工程設(shè)計過程的七個觀念。 上述觀點(diǎn)基本都是強(qiáng)調(diào)從地質(zhì)體的特性去論證工程方案的，是

10、抓住了問題的本質(zhì)的。不足之處是其觀念性較強(qiáng)，內(nèi)容和工作方法卻很不具體，實(shí)際應(yīng)用中的針對性和可操作性較差。理論研究的薄弱導(dǎo)致了兩種傾向，一是過分強(qiáng)調(diào)了地質(zhì)分析，而工程意識不夠，未能從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度去研究地質(zhì)體變形破壞的本質(zhì)，反而導(dǎo)致地質(zhì)分析為工程服務(wù)的針對性不足，實(shí)質(zhì)上削弱了地質(zhì)意識；二是過分強(qiáng)調(diào)了工程觀念，未把地質(zhì)體作為一種具有自穩(wěn)性和自組織性的工程結(jié)構(gòu)對待，忽視了人為設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)與地質(zhì)體原有結(jié)構(gòu)的耦合作用，工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)過高，工程量太大而又不能把握住工程重點(diǎn)，造成資金的極大浪費(fèi)，導(dǎo)致即使是“成功的設(shè)計”，仍然是“失敗的戰(zhàn)略”。問題的癥結(jié)在于工程方案論證中對各個工程單元的相互關(guān)系考慮不足，不理

11、解這種考慮當(dāng)然應(yīng)是寓含于各個工程單元之中的，而不是表面上的文字陳述。因此，應(yīng)該提出的正確理論命題是，地質(zhì)災(zāi)害防治工程的指導(dǎo)理論是地質(zhì)觀與工程觀兩種觀念的最佳耦合，是地質(zhì)專家與工程專家的優(yōu)勢互補(bǔ)，這種互補(bǔ)應(yīng)是自覺的，而不是陷入浮淺的爭論卻不能自拔的。地質(zhì)觀的核心問題是地質(zhì)體變形破壞力學(xué)機(jī)理的正確分析與超前預(yù)測，工程觀的核心問題是防治工程方案的比選優(yōu)化及其對施工反饋的相對靈活的可調(diào)整性或稱可變更性。2.2 地質(zhì)觀的核心問題 從實(shí)施防治工程的角度看問題，地質(zhì)災(zāi)害體的勘查與研究內(nèi)容包括地質(zhì)災(zāi)害體的環(huán)境條件、自身結(jié)構(gòu)特征、變形破壞特征、影響因素分析和確定變形破壞力學(xué)機(jī)理，以及建立在機(jī)理分析之上的穩(wěn)定性評

12、價和監(jiān)測工程布置。這個階段的核心內(nèi)容是確定變形破壞力學(xué)機(jī)理，它是正確建立地質(zhì)力學(xué)模型的最根本基礎(chǔ)。 變形破壞力學(xué)機(jī)理分析絕不是控制性和影響性因素的羅列，而是找出以控制性因素為基礎(chǔ)條件，地質(zhì)體是如何在影響因素作用下，發(fā)展成現(xiàn)有格局的，并預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢是什么，為優(yōu)選治本的工程方案作準(zhǔn)備。研究思路是，觀察現(xiàn)象描述事實(shí)（包括監(jiān)測內(nèi)容）分析控制因素和影響因素確定變形破壞力學(xué)機(jī)理，最后才是選定合適的穩(wěn)定性評價方法。那種拿到剖面就進(jìn)行計算的工作方法是不懂得辯證唯物論的認(rèn)識論的，因?yàn)樗麄儾欢冒褜?shí)踐提到第一的地位。他們的工作當(dāng)然是很難解決實(shí)質(zhì)問題的，不管其表面看起來是多么有水平，多么讓從事地質(zhì)災(zāi)害防治工

13、作的“新手”羨慕不已!地質(zhì)災(zāi)害體變形破壞機(jī)理的研究應(yīng)抓住以下幾個方面：（1）地質(zhì)體變形破壞特征是變形破壞機(jī)理的外在表現(xiàn)；（2）地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的控制因素和影響因素是變形破壞機(jī)制的內(nèi)外因；（3）地質(zhì)體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征是控制變形破壞機(jī)理的基礎(chǔ)條件；（4）地質(zhì)災(zāi)害體的概念模型和力學(xué)模型的抽象源于正確的破壞機(jī)理分析；（5）地質(zhì)體穩(wěn)定性評價及其趨勢預(yù)測源于正確的破壞機(jī)理分析，只有破壞機(jī)理分析正確，才能保證確定的力學(xué)模式正確，從而選定或創(chuàng)立適用的計算方法；（6）變形破壞機(jī)理分析正確，才具備進(jìn)入工程方案論證階段的基礎(chǔ)，才能使選定的工程方案具有針對性，也才能做好概念設(shè)計，才能最終使工程布置和施工程序等走向可逐步

14、優(yōu)化的最佳程式。否則，將陷入工程方案論證不下去，反復(fù)討論地質(zhì)條件及破壞模式而不深入的“炒夾生飯”的惡性循環(huán)中。已有的工作已出現(xiàn)多次這種實(shí)例，導(dǎo)致時間、財力乃至精力的極大浪費(fèi)。不同的地質(zhì)災(zāi)害類型，其變形破壞機(jī)理是極不相同的，如滑坡的發(fā)生機(jī)理就可粗略分為牽引式的和推移式的。確定了變形破壞機(jī)理是傾倒式、滑移式還是平面轉(zhuǎn)動式，是后緣推動滑移式，還是前緣牽引滑移式，抑或是多種方式并存，從而采用不同的工程方案。不進(jìn)行機(jī)理分析而機(jī)械地套用所謂的“先進(jìn)的”計算方法是盲目的。進(jìn)行了機(jī)理分析而不深入、不準(zhǔn)確，抑或是似是而非的，自然抓不住問題的實(shí)質(zhì)，采用了即使是復(fù)雜而高深的計算方法也變成了游戲，也解決不了看似簡單的

15、問題，盡管有關(guān)人員的初衷可能并非如此。相反地，作者的經(jīng)驗(yàn)是，地質(zhì)體破壞機(jī)理分析的正確，概化的地質(zhì)力學(xué)模型正確，就可以立足于用看似簡單的計算方法去解決看似復(fù)雜的問題，因?yàn)樽プ×藛栴}的根本，而只是忽略了枝節(jié)。長江雞扒子滑坡、萬縣豆芽棚滑坡、長江三峽鏈子崖危巖體、烏江雞冠嶺山崩和寶雞狄家坡滑坡等的研究、論證或工程治理都是這方面的實(shí)例。一個原則性結(jié)論是，不管技術(shù)科學(xué)是如何的進(jìn)步，對地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象之發(fā)生本質(zhì)（機(jī)理）的認(rèn)識正確，將永遠(yuǎn)是第一位的，是決定性的。2.3 工程觀的核心問題 在地質(zhì)災(zāi)害體變形破壞機(jī)理確定正確的前提下，防治工程方案的比選優(yōu)化就成為可行性研究階段的核心問題。慎重選定的最優(yōu)方案是指導(dǎo)工程設(shè)

16、計和施工反饋調(diào)整的根本文件，是地質(zhì)災(zāi)害防治工程特殊于其它建設(shè)工程的關(guān)鍵，也是方案論證處于防治工程階段核心地位的原因所在。 一般思路 論證地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案要處理好主干項(xiàng)目與單元項(xiàng)目的關(guān)系，即處理好整體與局部的關(guān)系，即從整體出發(fā)，進(jìn)行各分單元的研究，單元成為整體綜合的定性或定量依據(jù)，而整體的綜合分析結(jié)論又給單元研究以正確導(dǎo)向。任何一項(xiàng)工程設(shè)計總是先從整體出發(fā)，深入分析到各個局部（單元），再綜合回到整體，并且多次地按照這樣的循環(huán)過程逐步深化，基本要求是完善的全方位論證。最終提出多因素、大規(guī)模、層次復(fù)雜和動態(tài)綜合的地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案，這是符合多級螺旋上升的認(rèn)識論的。應(yīng)強(qiáng)調(diào)，分散和綜合都有創(chuàng)造的問

17、題，但局部地段（分散單元）方案的創(chuàng)造要服從于整體。此階段，設(shè)計工程師對地質(zhì)災(zāi)害體特征及其環(huán)境的深刻理解至為重要。在防治工程方案確定以后，初步設(shè)計和施工圖設(shè)計的原則就是研究如何準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)方案的意圖。這種設(shè)計當(dāng)然是一種無樣板設(shè)計。從滿足或?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)體穩(wěn)定的要求出發(fā)，進(jìn)行要求目標(biāo)下的適應(yīng)性設(shè)計或可變更性設(shè)計。 建立計算機(jī)之設(shè)計支持系統(tǒng)是地質(zhì)災(zāi)害防治工程的一個重要方面。研究這個方面，應(yīng)該也只能是在下述條件的前提下進(jìn)行，即必須具備強(qiáng)有力的地質(zhì)學(xué)知識結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)力學(xué)知識結(jié)構(gòu)和工程知識結(jié)構(gòu)等作為支撐系統(tǒng)，否則，必然走向“形似而神非”的怪圈而不能自拔。因此，從事地質(zhì)災(zāi)害防治工程工作的地質(zhì)師和設(shè)計師，都不同程度地存

18、在著知識結(jié)構(gòu)更新或調(diào)整的問題。 在同樣的社會物質(zhì)條件下，要卓越地完成一處地質(zhì)災(zāi)害防治工程，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)管理者、設(shè)計者、監(jiān)理者和施工者以及監(jiān)測者等幾方面的業(yè)務(wù)素質(zhì)、個人性格、修養(yǎng)、協(xié)作精神和社會責(zé)任心等方面的重要作用。 方案設(shè)計論證的指導(dǎo)觀念 兵法曰：“自古不謀萬事者，不足謀一時；不謀全局者，不足謀一域”。故有“利全局大勢為上，謀全局大勢為本”。對一處重大而復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害體的研究、防治工程方案設(shè)計和施工反饋分析，既要探求該地質(zhì)體變形破壞的全過程特征，以足認(rèn)清其一時的發(fā)展特征甚至是異常變化的本質(zhì)，同時又要分析災(zāi)害體自身構(gòu)成，不同組成部分的異?，F(xiàn)象，整體和局部各自的空間邊界條件，以確保把握住全局。絕不能

19、從局部出發(fā)而有意識，抑或是無意識地削弱對整個地質(zhì)體環(huán)境的全方位認(rèn)識，造成“瞎子摸象”或“只見樹木，不見森林”的錯誤。 在施工前，地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計的根本核心確實(shí)是方案設(shè)計。為搞好此工作，作者曾提出了地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案設(shè)計研究的七個設(shè)計觀念和七個工作原則（劉傳正，1995）。經(jīng)過多年的實(shí)踐，看來這些理論觀念是成立的。七個設(shè)計觀念包括：現(xiàn)場或原位設(shè)計、計算分析設(shè)計、系統(tǒng)綜合分析設(shè)計（實(shí)質(zhì)上是一種概念設(shè)計）、代償設(shè)計、二次反饋設(shè)計（監(jiān)理設(shè)計）、可靠性設(shè)計和計算機(jī)輔助設(shè)計等；七大設(shè)計原則包括地質(zhì)原則、效益原則、技術(shù)原則、目標(biāo)原則、整體優(yōu)化原則和環(huán)境原則等。這些觀念或原則當(dāng)然不是可以分階段連續(xù)進(jìn)行的

20、，而是相互交叉，并在不同階段有所側(cè)重的。實(shí)踐證明，在實(shí)施一處地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案研究和優(yōu)化設(shè)計時，切實(shí)而不失靈活地遵循上述設(shè)計觀念和工作原則是能取得良好效果的。 在上述理論思想中，最特殊地適用于地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計，而又最不好把握的觀念是代償設(shè)計，因?yàn)樗仨氃诘刭|(zhì)原則和初始反饋設(shè)計、計算分析等正確的前提下進(jìn)行。代償設(shè)計要求設(shè)計者對防治對象的關(guān)鍵地段（穩(wěn)定儲備低，對施工干擾敏感的地段）預(yù)加一個儲備安全度，且預(yù)加的安全度應(yīng)大于危險地段施工造成的安全度損失。這個觀念對于指導(dǎo)正確地確定工程布置、施工程序、施工強(qiáng)度和施工工藝是至關(guān)重要的。 地質(zhì)災(zāi)害體變形破壞機(jī)理的整體分析與局部異常預(yù)測研究是代償設(shè)計運(yùn)用

21、精當(dāng)?shù)那疤?，其核心工作是在布置整個工程、確定施工次序和優(yōu)化監(jiān)測布置前，預(yù)先推測局部地質(zhì)體的變形與應(yīng)力狀態(tài)及其控制條件，并據(jù)勘探、施工開挖或監(jiān)測及時地改進(jìn)這種預(yù)測。這種預(yù)測不是就觀察的現(xiàn)象進(jìn)行一般性的判斷，而是根據(jù)新觀察到的現(xiàn)象，結(jié)合原已掌握的事實(shí)，對地質(zhì)災(zāi)害體變形破壞機(jī)理不斷深化的更深層次的認(rèn)識，是在大腦中形成的一種更完善的三維應(yīng)力應(yīng)變模式或破壞圖象。這種圖象有時并不一定能容易地用計算技術(shù)表達(dá)出來，但它在工程上的作用是至關(guān)重要的，我們曾用“思想試驗(yàn)”一詞表達(dá)之。鏈子崖危巖體防治工程初步設(shè)計階段所提出的立體開裂變形機(jī)理、高壓區(qū)、低壓區(qū)的劃分和施工過程中提出的偏壓拱力學(xué)機(jī)理等都是超前預(yù)測研究，并成

22、為優(yōu)化工程布置設(shè)定施工強(qiáng)度與施工程序的根本依據(jù)。 地質(zhì)災(zāi)害防治工程的基本理論體現(xiàn)為兩個觀點(diǎn)的最佳結(jié)合，一是地質(zhì)觀點(diǎn)，二是工程觀點(diǎn)。前者保證對災(zāi)害特征、成因和發(fā)展趨勢的分析正確無誤，后者保證優(yōu)化比選出能夠達(dá)到防治工程目標(biāo)，而工程投資又合理的最佳方案。2.4 工程效果檢驗(yàn)地質(zhì)災(zāi)害勘查與防治工程實(shí)施不同于一般建設(shè)工程的重要特征是監(jiān)測工作連續(xù)地貫穿了其全過程。地質(zhì)災(zāi)害防治工程是一個系統(tǒng)的相互反饋、相互印證體系。詳實(shí)的勘查資料和正確的勘查結(jié)論是后續(xù)工作順利開展的基本前提，同時，后續(xù)的每個工作階段又不斷補(bǔ)充完善并深化前期工作的認(rèn)識，即表現(xiàn)為對地質(zhì)體的多次再認(rèn)識，這是地質(zhì)災(zāi)害防治工作的特殊之處。 孫廣忠（1

23、996）是把效果檢驗(yàn)作為地質(zhì)災(zāi)害防治工程實(shí)施的最后一個階段提出來的，具體指通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)評價工程竣工后防治工作的成效，并認(rèn)為這個階段的時間約為3a。監(jiān)測貫穿于地質(zhì)災(zāi)害勘查直至施工完成后的全過程，相應(yīng)地效果檢驗(yàn)是通過監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)的，它也是存在于勘查直至竣工后的全過程的。在整個過程中，監(jiān)測隨時起著及時反饋信息，檢驗(yàn)勘查重點(diǎn)或防治工程的階段性效果，反饋指導(dǎo)工作調(diào)整的作用，直至竣工后達(dá)到穩(wěn)定的一段時期。它實(shí)質(zhì)上是一種全過程的效果檢驗(yàn)。因此，地質(zhì)災(zāi)害防治工作階段可劃分為三大階段勘查（表5-2）。方案設(shè)計與施工是三個根本階段，監(jiān)測反饋、效果檢驗(yàn)、監(jiān)理和管理都是貫穿于三大階段全過程的。 表5-2 地質(zhì)災(zāi)害

24、防治工作階段劃分1地質(zhì)災(zāi)害勘查或治理前期勘查全過程的地質(zhì)再認(rèn)識全過程的監(jiān)測反饋全過程的效果檢驗(yàn) 全過程的監(jiān)理全過程的管理2防治方案研究與設(shè)計階段21可行性研究方案比選亞階段22方案優(yōu)化初步設(shè)計亞階段23施工圖設(shè)計亞階段3防治工程施工階段 施工工藝創(chuàng)新與設(shè)計調(diào)整 在勘查階段，監(jiān)測不但為勘查指明工作重點(diǎn)，同時也檢驗(yàn)、校核勘查取得的資料是否真實(shí)，是否有針對性，勘查結(jié)論是否可靠等等，也即是檢驗(yàn)勘查效果的問題。 在防治工程方案論證與設(shè)計階段，已有監(jiān)測資料的分析及其新的數(shù)據(jù)變化趨勢的研究要比勘查階段更重要。因?yàn)樗欠桨刚撟C工程師或設(shè)計工程師核查地質(zhì)體動態(tài)穩(wěn)定性研究正確與否的重要依據(jù)，消除勘查階段可能存在錯

25、誤的重要依據(jù)，同時又是比選最佳工程方案和確定工程重點(diǎn)的重要依據(jù)。例如，鏈子崖危巖體前沿的“五萬方”一直被認(rèn)為是危險的，依據(jù)是其上的G上點(diǎn)的位移資料。設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)G上點(diǎn)在19791982年位移較大，是由于開挖探洞引起的，其實(shí)際的變形量與其它監(jiān)測點(diǎn)是同步的。 在施工階段，監(jiān)測除了延續(xù)原有的整體監(jiān)測工作外，還要著重監(jiān)測開挖或造孔施工對地質(zhì)災(zāi)害體穩(wěn)定性的影響。換言之，即要監(jiān)測災(zāi)害體整體或局部對施工地點(diǎn)、施工方式、施工強(qiáng)度和施工時間的敏感性。這種施工反饋不僅僅是調(diào)整或完善設(shè)計的依據(jù)，更重要的是對勘查以來所有的分析和論證進(jìn)行檢驗(yàn)或校核，同時也對監(jiān)測工作本身進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容包括監(jiān)測重點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)密度、監(jiān)測方

26、式和儀器對監(jiān)測環(huán)境的適應(yīng)性等內(nèi)容，甚至包括監(jiān)測儀器的量程等。無論那個環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題，都應(yīng)馬上改正。地質(zhì)災(zāi)害防治工程的施工是在勘察質(zhì)量和設(shè)計質(zhì)量能夠保證的前提下進(jìn)行的，而強(qiáng)調(diào)設(shè)計與施工階段的勘查仍是必須的。2.5 地質(zhì)工程師和設(shè)計工程師的關(guān)系 在地質(zhì)災(zāi)害防治工程實(shí)施過程中，有必要提出地質(zhì)工程師和設(shè)計工程師的關(guān)系問題，以便界定二者的工作范疇，既要避免以偏重地質(zhì)的觀點(diǎn)去涵蓋工程或淡化工程的觀念，同時也要避免以構(gòu)件化的工程概念去套復(fù)雜的地質(zhì)體的傾向。一個做具體工作的人應(yīng)努力做到能夠勝任地質(zhì)研究和工程方案論證兩個階段的工作。在工作過程中能夠自覺地認(rèn)識到前后兩個階段的身份轉(zhuǎn)換，甚至是不斷地互換。一個卓越的地

27、質(zhì)災(zāi)害防治工程師在探討地質(zhì)問題時，應(yīng)該而且能夠站在地學(xué)立場上，在討論工程方案問題時，應(yīng)該而且能夠站在工程學(xué)的立場上，并積極地尋求地學(xué)與工程學(xué)之間的最佳聯(lián)系，或促進(jìn)地質(zhì)師與工程師的對話。 當(dāng)前，我國的大規(guī)?；A(chǔ)工程建設(shè)與礦山開采引發(fā)的市場地質(zhì)、商業(yè)地質(zhì)或稱經(jīng)濟(jì)地質(zhì)概念對地質(zhì)師與設(shè)計師身份的互換之要求日趨強(qiáng)烈。強(qiáng)化巖土工程體制，而淡化工程地質(zhì)概念即反映了這一趨勢，盡管從長期而論，這是一種短視行為。因?yàn)檫@種行為不利于地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)，削弱了公益性地質(zhì)學(xué)的作用，而地質(zhì)災(zāi)害防治事業(yè)雖然是一種工程，但顯然更多地體現(xiàn)了公益性地質(zhì)工程學(xué)的宗旨，符合可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)地球觀與環(huán)境觀。 John MCampbell（

28、1995）曾呼吁，要改變科學(xué)家與工程師只是勉強(qiáng)的伙伴關(guān)系的狀況。張光斗（1996）也強(qiáng)調(diào)二者應(yīng)成為緊密的伙伴關(guān)系。在地質(zhì)災(zāi)害防治工程領(lǐng)域，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)地質(zhì)師與工程師的緊密伙伴關(guān)系。地質(zhì)工程師往往依靠觀察、試驗(yàn)數(shù)據(jù)或觀測來判斷問題，總結(jié)出規(guī)律，給出不太鮮明的結(jié)論。設(shè)計工程師往往是，甚至是被要求在規(guī)定的時間內(nèi)（有時是急迫的）得到結(jié)論，而要求的資料又常常不可能齊全，解決問題既需要依據(jù)科學(xué)理論進(jìn)行分析，而更多地表現(xiàn)為依據(jù)對地質(zhì)體的認(rèn)識程度和個人的工程經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計工程。設(shè)計師面對的問題顯然有更大的綜合性，一方面要抓住地質(zhì)體的關(guān)鍵特性，另一方面還要考慮工程上實(shí)現(xiàn)的可能性，施工的可操作性及可能達(dá)到的工程效果，即要

29、在多方面條件的制約下解決問題，最后給出的是半理論半經(jīng)驗(yàn)的復(fù)合產(chǎn)品。“在日本，迄今的滑坡防治只是一個概念論的實(shí)踐結(jié)果”（山口伊佐夫，1990），也反映了這種理論探索與防治工程現(xiàn)實(shí)之間的距離。 參與地質(zhì)災(zāi)害防治工程事業(yè)的地質(zhì)師與設(shè)計師，存在著相互學(xué)習(xí)，自我反省思考的問題。雙方都必須改變科學(xué)理論水平較弱，科技思維能力尚差，地質(zhì)研究不深人，工程觀點(diǎn)浮淺，缺少創(chuàng)新，不重視消化新理論和新技術(shù)的弊病。不努力改變自我，就無從談起真正意義上的開拓，而只能熱衷于一時的“模仿性”的時髦學(xué)風(fēng)。這里，尤其要對地質(zhì)師與設(shè)計師強(qiáng)調(diào)，知識結(jié)構(gòu)調(diào)整與完善意義上的身份互換，是實(shí)現(xiàn)他們逐漸“磨合”，達(dá)到最佳合作的重要前提。參與地質(zhì)

30、災(zāi)害防治工程事業(yè)的各方都應(yīng)正確與自覺地界定自己的位置，監(jiān)理方與施工方、監(jiān)理方與設(shè)計方、監(jiān)理方與管理方等幾方面的關(guān)系，值得研究出一套共同遵守的規(guī)則。由于地質(zhì)災(zāi)害防治工程多是隱蔽性工程，施工后不易直接檢查施工質(zhì)量，施工過程中監(jiān)理方的作用和監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析及預(yù)報要給予充分重視。專家組或咨詢顧問團(tuán)的構(gòu)成，要考慮既能保證充分民主，集思廣益，發(fā)揮每個專家的特長，又能較好地集中概括出符合實(shí)際的集體意見來?？傊?，各方定位正確，分工明確，既能各負(fù)其責(zé)，又能互助協(xié)作，是地質(zhì)災(zāi)害防治工程的各個環(huán)節(jié)走向規(guī)范化的基礎(chǔ)。3 工程可行性研究方案比選地質(zhì)災(zāi)害防治工程可行性研究是解決怎么辦的問題，分析研究問題的角度與方法和地質(zhì)論

31、證明顯不同，地質(zhì)工程師應(yīng)引起特別注意。即使在巖土工程界，也有“經(jīng)驗(yàn)不可少，計算作參考，方案最重要，監(jiān)測關(guān)把牢”的體會。地質(zhì)災(zāi)害防治工程可行性研究是探索通過某種工程方法強(qiáng)化地質(zhì)災(zāi)害體的既有穩(wěn)定性或清除其危險性，要求提出的工程措施能夠適應(yīng)防治對象的現(xiàn)有條件或狀態(tài)，與原有的穩(wěn)定因素共同發(fā)揮作用，即成為被加固對象的有機(jī)組成部分，并與周圍的地質(zhì)環(huán)境相協(xié)調(diào)。地質(zhì)災(zāi)害防治工程可行性研究就是進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案的比選，最佳目標(biāo)是創(chuàng)造一個系統(tǒng)形成原有系統(tǒng)的有機(jī)組成部分。這是一個滿足預(yù)期要求的過程，也是一個多方面知識綜合運(yùn)用、反復(fù)認(rèn)識研究對象的過程。它包括地質(zhì)研究確定的目標(biāo)、方案的分析綜合、多次論證、作圖、試

32、驗(yàn)、自我評估、現(xiàn)場實(shí)施與監(jiān)測及反饋修改等多個環(huán)節(jié)，其中心環(huán)節(jié)是方案的分析綜合。3.1 比選原則 地質(zhì)災(zāi)害防治工程不同于一般工程，它一般不直接產(chǎn)出效益，也就是說，治災(zāi)成功所顯示出的效益常常是無形的。如長江三峽鏈子崖和黃臘石兩個重大地質(zhì)災(zāi)害的防治并未見直接產(chǎn)生效益如發(fā)電或出產(chǎn)品，但它保證了長江黃金水道的通暢無阻則是一種隱形的巨大效益。因此，地質(zhì)災(zāi)害防治工程的方案論證應(yīng)遵循如下幾個原則： （1）地質(zhì)原則 針對地質(zhì)體破壞機(jī)制，以增強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害體（危巖體或滑坡體等）的自然穩(wěn)定狀態(tài)為根本原則，盡可能不擾動或少擾動，按照地質(zhì)體的破壞機(jī)制對癥施治。既要避免不清楚破壞機(jī)制，僅從工程角度考慮問題，也要避免僅從地質(zhì)分

33、析出發(fā)而忽視工程技術(shù)的偏頗。 （2）效益原則地質(zhì)災(zāi)害體的防治常需要投入巨資，但往往不產(chǎn)生直接的效益（盡管已有資料稱，治災(zāi)花費(fèi)與贏得的效益比是1：101：20）。因此，在實(shí)現(xiàn)整治目標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能降低投資。 （3）技術(shù)原則 在正確反映地質(zhì)體實(shí)際的基礎(chǔ)上，要求工程設(shè)計具有較好的可操作性，甚至可變更性，以期方便現(xiàn)場施工。對于影響較大的地質(zhì)災(zāi)害防治工程，要求其成為治災(zāi)科研基地，普及防災(zāi)知識的課堂。 （4）目標(biāo)原則 針對地質(zhì)災(zāi)害體所處的地理位置的重要性、自身規(guī)模、發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢設(shè)定整治目標(biāo)，制定工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，避免隨意擴(kuò)大防治工程或提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。實(shí)際工作中，通過確定最佳的目標(biāo)函數(shù)，強(qiáng)調(diào)通過防治關(guān)

34、鍵部位，改善整體狀況，確定最佳的目標(biāo)函數(shù)。 （5）整體優(yōu)化原則 地質(zhì)災(zāi)害整治一定要從整體出發(fā)，把地質(zhì)災(zāi)害體防治作為一個系統(tǒng)工程來對待，設(shè)計工程措施主要為整體穩(wěn)定服務(wù)，而不是局限于局部。即使局部不最優(yōu)，但整體組合最優(yōu)，就是抓住了關(guān)鍵。 （6）環(huán)境原則 地質(zhì)災(zāi)害的整治應(yīng)以改善地質(zhì)體自身及其周圍的生態(tài)環(huán)境為原則，把地質(zhì)災(zāi)害體與其環(huán)境作為一個大系統(tǒng)來對待，避免純粹從工程觀點(diǎn)出發(fā)，治好了此地又惡化了彼地的現(xiàn)象。（7）社會安定原則 地質(zhì)災(zāi)害整治工程的實(shí)施不能影響或干擾附近居民的正常生活，避免造成公民心理恐慌，影響社會安定。地質(zhì)災(zāi)害防治工程的方案應(yīng)充分考慮或體現(xiàn)上述七大原則。3.2 比選方法 綜合比較（類比

35、）法綜合比較（類比）法是地質(zhì)災(zāi)害防治設(shè)計工程師最常用的一種定性或半定量方法?；竟ぷ鞒绦蚴牵海?）根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害勘查報告確定的災(zāi)害體變形機(jī)制、主要影響因素和穩(wěn)定狀態(tài)及發(fā)展趨勢，列出可能采用的所有工程措施；（2）逐項(xiàng)分析每項(xiàng)工程措施的地質(zhì)環(huán)境適宜性、工程造價和施工難易，初選出擬采用者；（3）確定幾種工程措施組合作為比較方案，一般選取23個方案進(jìn)行比選； （4）按地質(zhì)災(zāi)害防治工程方案比選原則推薦一種方案，或同時提供一種備選方案。 目標(biāo)函數(shù)法目標(biāo)函數(shù)法是劉傳正（1993）根據(jù)最優(yōu)化理論結(jié)合長江三峽鏈子崖危巖體治理工程設(shè)計而創(chuàng)立的。 目標(biāo)函數(shù)是綜合考慮了防治工程要達(dá)到的目標(biāo)、技術(shù)可能性、材料性能和資金需

36、求等多種因素而建立的一個數(shù)學(xué)表達(dá)式。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計不同于一般工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點(diǎn)，處理好定數(shù)設(shè)計（基于極限平衡原理）與可靠性設(shè)計（基于概率分析）的關(guān)系。根據(jù)勘查階段穩(wěn)定性評價結(jié)果，一般把滑坡或危巖體發(fā)生前或發(fā)生過程中的穩(wěn)定系數(shù)值作為基礎(chǔ)，把防治工程實(shí)施后達(dá)到的穩(wěn)定系數(shù)作為設(shè)計目標(biāo)。設(shè)計目標(biāo)的確定主要考慮受危害對象的經(jīng)濟(jì)價值和社會政治影響。目標(biāo)穩(wěn)定系數(shù)F 是一常數(shù)，可表達(dá)為： （5-2） x1，1，3，n為一組設(shè)計參數(shù)（變量），如災(zāi)害地質(zhì)體的物理力學(xué)參數(shù)、邊界條件參數(shù)和工程措施如錨索、混凝土抗滑樁等的工程參數(shù)。優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)是在滿足C值的前提下，設(shè)計變量（1，1，3，n）的組合最小，且是

37、最佳組合，即求解： Min F（x） （5-3）工程參數(shù)可分為三類：一是設(shè)計參數(shù)；二是性能參數(shù)；三是中間參數(shù)。 在使用最優(yōu)化設(shè)計程序時，設(shè)計工程師必須預(yù)先準(zhǔn)備好三方面的內(nèi)容，一是設(shè)計變量，二是設(shè)計的約束條件，三是最優(yōu)設(shè)計的目標(biāo)。在尋求最優(yōu)設(shè)計方案的過程中，往往把設(shè)計參數(shù)的一部分用常量代替，先固定下來，而去調(diào)整另一部分設(shè)計參數(shù)。作為調(diào)整的那一部分設(shè)計參數(shù)規(guī)定為“設(shè)計變量”。3.3 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)計基準(zhǔn)期和設(shè)計穩(wěn)定系數(shù)，設(shè)計基準(zhǔn)期是指設(shè)計工程發(fā)揮正常功能的有效壽命期；設(shè)計穩(wěn)定系數(shù)是指設(shè)計的工程措施在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)保證工程正常發(fā)揮作用的一個指標(biāo)。 設(shè)計基準(zhǔn)期 設(shè)計基準(zhǔn)期的確定主要根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害

38、所危害對象的社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、文化或政治利益的大小，一般分為如下幾類： （1）20a：一般以經(jīng)濟(jì)或環(huán)境利益為主，且在較短時間內(nèi)可以改善； （2）50a：以經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益或社會和經(jīng)濟(jì)利益為主，且需較長時間方能改善； （3）100a：涉及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會和文化政治等多方面的利益，且納入國家建設(shè)或國土整治規(guī)劃；災(zāi)害風(fēng)險大，危害嚴(yán)重； （4）100a：社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境利益及政治影響長遠(yuǎn)重大；災(zāi)害風(fēng)險極大，危害極嚴(yán)重。 設(shè)計穩(wěn)定系數(shù)設(shè)計的穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)考慮自然地質(zhì)體固有的穩(wěn)定儲備、加固用的工程材料性能、施工質(zhì)量（隊伍素質(zhì)、機(jī)器設(shè)備、工藝、施工速度與強(qiáng)度）和監(jiān)理等質(zhì)量等方面的因素。地質(zhì)災(zāi)害防治工程的最終質(zhì)量可

39、表達(dá)為： Q=（K，S，C，D，G） （5-4）式中，K勘察質(zhì)量； S設(shè)計質(zhì)量； C材料質(zhì)量； D施工質(zhì)量； G監(jiān)理控制質(zhì)量。計算和工程經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)證明，填土或挖方使斜坡的穩(wěn)定系數(shù)變化005±（鏈子崖煤層采空區(qū)治理工程設(shè)定的開挖強(qiáng)度為此值的十分之一），就可能誘發(fā)滑坡發(fā)生或使滑坡停止滑動。因此，在設(shè)計基準(zhǔn)期確定的前提下，正常荷載下的設(shè)計穩(wěn)定系數(shù)可分以下幾種情況確定：（1）F =1.251.35適用于極為重要的公路、鐵路、黃金水道和公共設(shè)施等關(guān)系國家命脈的交通設(shè)施、公民密集聚居區(qū)或具有世界影響的地域或文化古跡，災(zāi)害風(fēng)險極大，危害極嚴(yán)重；（2）F=1.21.25適用于重要公路、鐵路、黃金水道、

40、公共設(shè)施、公民密集聚居區(qū)或重大政治文化影響地域，災(zāi)害風(fēng)險大，危害嚴(yán)重；（3）F=1.11.2適用于一般公路、鐵路、內(nèi)河航運(yùn)、公共設(shè)施、公民居住區(qū)或文物古跡或風(fēng)景地； （4）F=1.051.1適用于一般性的應(yīng)急防治工程。表征地質(zhì)災(zāi)害體目前穩(wěn)定狀態(tài)的穩(wěn)定系數(shù)一般由計算獲得。一般的經(jīng)驗(yàn)是，滑坡發(fā)生前或正在發(fā)生過程中的穩(wěn)定系數(shù)約為0.91.05，在此范圍之外者，要么失去了最佳整治時機(jī)，要么不足以立項(xiàng)開展工程治理，還需要更深入的地質(zhì)論證資料和監(jiān)測證據(jù)。特殊荷載下的設(shè)計穩(wěn)定系數(shù)根據(jù)具體情況確定，一般要比正常荷載條件下降低0.050.1，且對于前述（1）和（2）兩種情況適用。3.4 設(shè)計荷載工程設(shè)計荷載是指

41、工程運(yùn)行期間可能承受的所有荷載類型及其作用形式，具體類型包括自重、溫度、濕度、靜水壓力、動水壓力、風(fēng)、波浪、動靜冰荷載、雪、泥砂、地震和人為振動等。 正常荷載組合在工程施工和工程運(yùn)行期間持久作用的所有荷載類型及其作用形式稱為正常荷載組合，如自重、溫度、濕度和靜水壓力等。 特殊（非?；驑O端）荷載組合 在工程施工和工程運(yùn)行期間突然或短時間作用的所有荷載類型及其作用形式稱為特殊荷載組合，如地震、振動、颶風(fēng)、急遽的水位變動、風(fēng)、波浪、動靜冰荷載、雪、地震和人為振動等。 設(shè)計荷載取用原則，一般以正常荷載的最不利組合為依據(jù)。根據(jù)工程的重要程度確定瞬時出現(xiàn)的特殊荷載組合的部分或全部選用。3.5 工程技術(shù)類型

42、地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)選擇應(yīng)立足于減輕災(zāi)害，在此前提下，選擇的工程技術(shù)類型越簡單，越易于實(shí)現(xiàn)越好。因?yàn)橹卫頌?zāi)害一般不直接產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)是應(yīng)該首先推薦的，自然，為特殊的經(jīng)濟(jì)或工程目的者除外。用于地質(zhì)災(zāi)害防治的工程技術(shù)有多種，這里初步把它們分為以下三大類（圖5-1）： （1）主動型排水（地表、地下排水）、削方、灌漿、高壓注漿和錨固（錨桿、錨索）等； （2）被動型抗滑樁、擋墻、豎井樁、回填和洞室抗滑鍵等； （3）復(fù)合型錨拉樁、錨拉墻等。 監(jiān)測工程貫穿于從勘查到竣工的全過程，且作為指導(dǎo)設(shè)計、變更設(shè)計與調(diào)整施工的依據(jù)，作為預(yù)測預(yù)報的依據(jù)，乃至作為工程危險警報的依據(jù)。預(yù)防措施工程措施主動型被動型復(fù)

43、合型改變坡形填方壓腳、削方減重排除地表水疏導(dǎo)、防滲增大抗滑力：錨固工程、注漿工程抗滑樁、擋墻、豎井樁、洞室抗滑鍵、設(shè)立防護(hù)網(wǎng)錨拉樁、錨拉墻排除地下水：截斷地下水；淺層暗溝；深層水平鉆孔、集水井、泄水涵洞、立體排水排氣工程、焙燒、電化學(xué)生態(tài)措施工程技術(shù)躲避、監(jiān)測預(yù)警 圖5-1 地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)類型防治工程設(shè)計地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計階段的重點(diǎn)任務(wù)是方案優(yōu)化、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計，尤其是確定最佳工程布置、工程細(xì)部結(jié)構(gòu)、施工程序、施工工藝和最適宜的工程材料等。4.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計回顧 要搞清地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計，首先必須對工程（結(jié)構(gòu)）設(shè)計有正確的認(rèn)識，它是地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計的科學(xué)基礎(chǔ)

44、。NM紐馬克（1971）曾提出，工程設(shè)計的目的是使今后從系統(tǒng)獲得的功利最大。廣義的設(shè)計概念則可理解為提出并確定創(chuàng)造新事物的見解?？v觀歷史，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計師們曾走過了一條逐步完善，逐步可靠的道路。 最早的建筑法律見于巴比倫的漢謨拉比（Hammurabi）法典，它規(guī)定了房屋破壞或倒塌對建造者的懲罰條文。 生物比擬法生物比擬法是最早的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，如柱子就曾按人腿的比例設(shè)計，現(xiàn)在仍有“牛腿”一詞。西方古建筑主要采用笨重的承重墻和拱式體系，中國古代房屋建筑結(jié)構(gòu)多采用構(gòu)架體系，即梁柱體系。 容（允）許應(yīng)力法 破損階段法 分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計法 前蘇聯(lián)于1954、1955年頒布，當(dāng)時僅限于風(fēng)、雪荷載的考慮，

45、歐、美也于同期開始頒布。我國于20世紀(jì)60年代公布第一批設(shè)計規(guī)范也開始采用，該方法又稱三項(xiàng)系數(shù)法，即超載系數(shù)、工作條件系數(shù)和材料均勻系數(shù)。它在部分材料和荷載取值上采用了數(shù)理統(tǒng)計方法，工作條件系數(shù)依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，是一種半概率、半經(jīng)驗(yàn)的方法。全概率設(shè)計方法（水準(zhǔn)）是世界各國追求的目標(biāo)，但要使全概率設(shè)計方法達(dá)到實(shí)用，還要經(jīng)歷一個相當(dāng)長的發(fā)展過程，它依賴于結(jié)構(gòu)可靠度理論的發(fā)展。結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的概稱，也即在規(guī)定時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能之概率（Ps）?！耙?guī)定的時間”即設(shè)計基準(zhǔn)期，一般為50a，不能完成預(yù)定功能的概率稱失效概率(Pf)Ps+Pf =1 （5-8） 計算Pf要用多重積

46、分，數(shù)學(xué)上復(fù)雜。國際上通常用可靠度指標(biāo)來度量。 在上述過程中，理論上取得了長足的進(jìn)步，但在實(shí)際的工程設(shè)計中，并不是后期的方法推廣了，前期的方法就完全被拋棄，而是奉行了更加綜合使用的原則。4.2 設(shè)計階段劃分以鏈子崖危巖體防治工程為例鏈子崖危巖體是國家撥巨資予以整治的重大地質(zhì)災(zāi)害防治工程，它的工程設(shè)計過程很有代表性，可以作為一個范例說明方案設(shè)計、初步設(shè)計和施工圖設(shè)計等不同設(shè)計階段的特點(diǎn)。 防治工程可行性研究方案設(shè)計 在可行性研究階段，主要是進(jìn)行方案比選，鏈子崖防治工程分別由三個單位提出了三個方案進(jìn)行比選。 （1）長江航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院方案 提出“網(wǎng)絡(luò)狀抗滑鍵和錨索”方案，煤層采空區(qū)為抗滑鍵和導(dǎo)洞錨索

47、形成底部網(wǎng)絡(luò)狀抗滑加固系統(tǒng)，中部危巖體用兩層多洞室空間錨索群組成。 對于底部（煤層采空區(qū)），它包括“T”型鋼筋混凝土抗滑鍵 + 嵌固鍵 + 保安煤柱與工作洞回填 + 鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力錨索。（2）道部第二勘測設(shè)計院方案根據(jù)地質(zhì)報告和模擬試驗(yàn)的研究，采用水平抗滑 + 置換嵌固鍵 + 灌注混凝土 + 塊體前后端錨拉、支承塊等構(gòu)成的綜合方案。 （3）長江水利委員會方案研究論證了兩種方案，一是預(yù)應(yīng)力錨固方案，二是混凝土承重阻滑鍵方案。最終推薦了前緣錨固，煤層采空區(qū)采用混凝土承重阻滑鍵方案。 在這個階段，綜合考慮了地質(zhì)破壞機(jī)制、工程造價和技術(shù)可行性等，批準(zhǔn)了主體工程以承重阻滑鍵方案為主作為工程初步設(shè)計基礎(chǔ)

48、。 初步設(shè)計 在此階段，地質(zhì)礦產(chǎn)部地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查設(shè)計院的設(shè)計人員進(jìn)一步分析了危巖體的開裂變形特征，煤洞內(nèi)采空情況與地壓顯示規(guī)律，得出鏈子崖危巖體T8T12縫段具有南北強(qiáng)拉裂，東西弱拉裂，以T12縫北端鎖固而呈平面反時針轉(zhuǎn)動的立體開裂變形機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，又對比分析了前人提出的水平懸臂抗滑梁、砌體擋墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨固，支承塊、灌注混凝土、混凝土承重鍵等多種方案，從而針對危巖體開裂變形機(jī)制，通過建立目標(biāo)函數(shù)的方法，提出煤層采空區(qū)以承重阻滑鍵（T型） + T12縫注漿增阻抗滑+東端錨固的綜合方案。綜合方案的設(shè)計思路得到專家組的肯定，但煤層采空區(qū)分布不清，耽心預(yù)應(yīng)力錨索遇采空區(qū)加力效果差，建

49、議暫不考慮，并進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計。 施工圖設(shè)計 在施工圖設(shè)計階段，再次對比了各種方案的整治效果、施工難度、工程造價，決定以混凝土承重阻滑鍵為主，T12縫的回填注漿作為安全儲備處理。 此時的抗滑鍵設(shè)計，與方案比選和初步設(shè)計階段相比，在工程布置、工程量、施工工藝、施工強(qiáng)度設(shè)定、施工程序和施工效果監(jiān)測等方面都進(jìn)行了大大優(yōu)化，如提出并設(shè)計完成了混凝土承重鍵格架體系，避免了大面積全斷面開挖、使鍵體布置互相支撐等，貫徹了地質(zhì)災(zāi)害設(shè)計思路（尤其是代償設(shè)計原則）和防治原則（如地質(zhì)原則、技術(shù)原則和效益原則）。 施工組織設(shè)計施工組織設(shè)計在設(shè)計技術(shù)交底和圖紙會審?fù)瓿珊?，由施工單位完成。主要?nèi)容包括施工程序、施工操作工藝

50、與流程、工程材料的制備及要求、施工質(zhì)量及保證措施、施工安全、施工準(zhǔn)備和施工進(jìn)度、施工組織機(jī)構(gòu)、人員配備。4.3 數(shù)值設(shè)計與概念設(shè)計 工程設(shè)計主要遵循兩種思路，一是建立于大量計算基礎(chǔ)上的數(shù)值設(shè)計法（Numerical Design）；二是建立于綜合分析與判斷基礎(chǔ)上的概念設(shè)計法（Conceptual Design）。 數(shù)值設(shè)計主要依靠計算分析得出的數(shù)據(jù)而進(jìn)行，它們的應(yīng)用是有條件的。針對特定的對象如機(jī)械或飛機(jī)等純粹人為創(chuàng)造物的設(shè)計，材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分析占有十分重要的地位，因?yàn)椴牧暇哂休^好的均一性。即使這樣，常常出現(xiàn)的應(yīng)力集中、材料疲勞損傷、蠕變破壞或應(yīng)力松馳仍是不易解決的難題。概念設(shè)計是指根據(jù)設(shè)

51、計對象的特點(diǎn)，依靠設(shè)計者的知識和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用邏輯思維和綜合判斷，正確地確定建筑的總體方案和細(xì)部構(gòu)造，做到合理的設(shè)計。 概念設(shè)計是Berternvv（1980）針對抗震設(shè)計而提出的。它基于現(xiàn)階段的抗震設(shè)計還是一項(xiàng)“藝術(shù)”，而非完全是一項(xiàng)“科學(xué)”，建筑也是如此。因?yàn)榈卣鸸こ虒W(xué)經(jīng)過靜力法、反應(yīng)譜法和動力法（考慮了反應(yīng)譜與強(qiáng)震持時）三個階段的發(fā)展，仍未很好地解決建筑物抗震問題。如對重力壩的抗震設(shè)計，采用靜力法公式KH=ag太保守，工程投資浪費(fèi)太大?，F(xiàn)多采用考慮了動力分析的擬靜力法公式Kc=KH·CZ·F，但這個公式也只在一定的壩高范圍內(nèi)適用。對于重大地質(zhì)災(zāi)害，使用KH太保守，使用Kc

52、顯然偏于冒險，究竟如何取值，是一個很值得研究的問題。顯然，概念設(shè)計的思想對地質(zhì)災(zāi)害的研究與防治工程設(shè)計具有巨大的指導(dǎo)意義。4.4 設(shè)計過程的指導(dǎo)觀念 至今，在地質(zhì)災(zāi)害防治過程中已提出了許多的觀念，如現(xiàn)場設(shè)計、反饋設(shè)計、監(jiān)理設(shè)計；計算分析、分析設(shè)計、代償設(shè)計和計算機(jī)輔助設(shè)計等，這些觀念的內(nèi)容是什么，它們彼此間的關(guān)系如何，是非常需要給予闡明的。（1）初始反饋設(shè)計現(xiàn)場（原位）設(shè)計它實(shí)質(zhì)上是一種現(xiàn)場（原位）設(shè)計，是在勘察、研究的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)場實(shí)際做出的最初的設(shè)計方案，要求盡可能維持災(zāi)害體的現(xiàn)有變形狀態(tài)。它應(yīng)貫穿于更高層次的設(shè)計之中。它也包括了設(shè)計人員在現(xiàn)場考查時就綜合分析判斷形成的初步方案，這是一個

53、反復(fù)認(rèn)識的過程，這也是有別于一般建筑工程的特點(diǎn)。 （2）計算分析設(shè)計這是一個對初始反饋資料進(jìn)行量化的過程，為確定工程措施和工程量服務(wù)，但因計算精度的局限性與設(shè)計對象的復(fù)雜模糊性，常常出現(xiàn)對定量計算結(jié)果定性使用的現(xiàn)象。 （3）綜合分析設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計法它是對地質(zhì)體破壞規(guī)律、計算方法的實(shí)用性論證和工程技術(shù)特點(diǎn)綜合分析的一種方法，它可以從宏觀方面把握問題的實(shí)質(zhì)，避免發(fā)生原則性錯誤。 （4）代償設(shè)計主要用于指導(dǎo)工程布置、施工工藝和施工順序。對于不同的地質(zhì)災(zāi)害甚至同一災(zāi)害體的不同部位，它對于布置工程量的要求、工程措施的種類、施工方法、施工強(qiáng)度和先后次序有不同的要求。代償設(shè)計要求施工預(yù)加給防治對象一個儲備安全度，預(yù)加安全度的儲備能力要大于施工造成的安全度損失。（5）二次反饋設(shè)計監(jiān)控設(shè)計也稱信息或情報施工法，是指在開挖或鉆孔工程中，發(fā)現(xiàn)或監(jiān)測到設(shè)計中未考慮到的