巖土工程前沿領(lǐng)域與現(xiàn)狀(晏鄂川)

工程領(lǐng)域前沿（部分）晏鄂川教授、博士生導(dǎo)師主要內(nèi)容：

第一節(jié)

巖土工程進(jìn)展概述；第二節(jié)巖體工程的不確定特性；第三節(jié)巖質(zhì)邊坡工程；第四節(jié)環(huán)境巖土與地質(zhì)災(zāi)害（環(huán)境巖土、滑坡預(yù)報、災(zāi)害監(jiān)測手段等）；第五節(jié)地質(zhì)勘探技術(shù)；第六節(jié)國內(nèi)外巖土工程的研究差距與展望；第七節(jié)巖體工程研究部分熱點(diǎn)。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

巖土工程包含于許多工程門類之中。它們又可分為土質(zhì)工程與巖體工程兩大類。地質(zhì)災(zāi)害、巖土環(huán)境也是巖土工程必須面對的課題。近年來我國大興各類工程建設(shè)，工程規(guī)模宏大，影響深遠(yuǎn)，為世界所矚目。在這些工程實踐中，我國巖土工程的技術(shù)和科學(xué)研究也得到空前的發(fā)展。其工程技術(shù)和科學(xué)研究水平處于國際前列。

第一節(jié)巖土工程進(jìn)展概述晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com以水電工程為例。堤防和土石壩是我國涉及國計民生的重要土質(zhì)工程，在其工程實踐中提出了許多巖土工程的基礎(chǔ)性科學(xué)問題，如土的本構(gòu)關(guān)系、飽和及非飽和土的滲流、邊坡穩(wěn)定、抗震問題等。其中高土石壩工程大大推動了土的本構(gòu)關(guān)系理論、數(shù)值計算的發(fā)展和試驗設(shè)備與技術(shù)的進(jìn)步。我國的小浪底斜心墻堆石壩、三峽二期圍堰等大型土石壩工程都以科技攻關(guān)的形式進(jìn)行過多單位、多模型、多程序的分析計算，對于工程設(shè)計起到了重要的指導(dǎo)作用。而土石壩的研究也推動了大型土工離心機(jī)和大型高壓三軸試驗設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展。在堤壩工程中，滲流的分析和滲流控制；筑壩材料研究；抗震問題的研究也取得進(jìn)展。

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隧洞及地下工程和巖質(zhì)邊坡是巖石力學(xué)和巖體工程的課題。人們在理論和機(jī)理方面開展了從宏觀到微觀、細(xì)觀的不同層次的研究和探索。一方面，將研究的目光從巖體轉(zhuǎn)向山體、地體，大范圍大尺度的工程建設(shè)和資源開發(fā)；另一方面，著眼于巖體中的裂紋的起始、分叉、發(fā)展、斷裂到破壞的全過程研究，引進(jìn)了損傷和斷裂力學(xué)的概念，建立適用的計算模型。非連續(xù)的理論和方法在巖體工程中是強(qiáng)有力的計算手段。地下洞室設(shè)計的新奧法，促進(jìn)了現(xiàn)代地下工程的一系列新概念和新理論的形成。在各種穩(wěn)定分析中，以極限平衡理論和方法為基礎(chǔ)，計算方法有下限解法和上限解法。巖體中的滲流對于水利工程和環(huán)境工程都至關(guān)重要，已取得豐碩的研究成果，也面臨不少需要進(jìn)一步研究的課題。

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防災(zāi)減災(zāi)目前成為水利科學(xué)中巖土工程的重要領(lǐng)域。關(guān)于水利工程中堤防的破壞機(jī)理、隱患檢測、工程加固方法；堤防的安全性評估、風(fēng)險分析和管理也是目前許多國家研究的重點(diǎn)；土石壩及其他巖土工程的抗震反應(yīng)分析也是防災(zāi)減災(zāi)的重要課題。這些問題在我國已受到重視與關(guān)注。

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在我國轟轟烈烈地開展巖土工程建設(shè)的同時，經(jīng)濟(jì)技術(shù)先進(jìn)的國家將巖土學(xué)科的重點(diǎn)轉(zhuǎn)入了資源、環(huán)境和生態(tài)等問題。而對于大型水利工程的建設(shè)給予更多的質(zhì)疑；環(huán)境巖土受到極大重視；環(huán)境友好的地下空間利用開發(fā)受到歡迎。我國在這方面的差距固然是由于發(fā)展水平的差異所造成關(guān)心重點(diǎn)的不同，但是發(fā)達(dá)國家在其發(fā)展過程中的經(jīng)驗與教訓(xùn)是值得我們借鑒的。我國的決策層和巖土科學(xué)技術(shù)人員增強(qiáng)保護(hù)我國的水資源，保護(hù)環(huán)境和生態(tài)的意識是非常迫切和必要的。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com第二節(jié)巖體工程的不確定特性1、概述在工程建設(shè)中，為了滿足巖石工程建設(shè)前期的工程規(guī)劃與設(shè)計需要，應(yīng)進(jìn)行地質(zhì)勘探以搞清楚巖體的地質(zhì)條件（巖性、構(gòu)造、層理、斷裂、巖溶等），開展巖石力學(xué)試驗工作以查明巖體的力學(xué)特性及其賦存的條件（如巖體應(yīng)力狀態(tài)、地下水運(yùn)行狀態(tài)等），進(jìn)行各種專題研究，了解工程巖體的應(yīng)力、變形狀態(tài)，評估工程巖體的穩(wěn)定性。

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根據(jù)以上資料、數(shù)據(jù)和結(jié)果，進(jìn)行巖石工程設(shè)計，決定建筑物的輪廓、尺寸及各種支護(hù)加固辦法，選用合理的開挖方法和程序。通過這種前期工作爭取把一切情況在開工前都弄清楚，以便開工后就按照既定的要求和程序進(jìn)行施工，達(dá)到工程既經(jīng)濟(jì)又安全且效率又高。所以設(shè)計就相當(dāng)于工程建設(shè)中的各種規(guī)章、規(guī)程，必須嚴(yán)格執(zhí)行。然而在工程實踐中，開工后總會遇到這樣那樣沒有預(yù)見到的情況和問題，以致不得不修改設(shè)計，改變原來設(shè)想的做法。就是說，在前期工作原以為認(rèn)識清楚了、確定了的東西其實有些并未搞清楚或發(fā)生了變化，還不很清楚、不很確定，有時甚至是很不確定。這就是在巖石工程中經(jīng)常提及的不確定性問題，不確定性也是在各類工程建設(shè)中巖石所共有的特點(diǎn)。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com2、巖體工程中不確定性的來源

一般來說，工程中遇到以下三方面條件的變化要修改先前設(shè)計：其一是地質(zhì)條件、巖體性狀的變化；其二是施工條件的變化（包括器材供應(yīng)、施工技術(shù)掌握的不均一、質(zhì)量控制等人為因素）；其三是洪水、地震、氣候等環(huán)境條件的異常變化。后兩方面情況對于除巖石工程外其他工程也是可能導(dǎo)致修改設(shè)計的因素，而對于巖石工程來說，地質(zhì)條件、巖體性狀的變化是導(dǎo)致修改設(shè)計的主要因素。也就是說，巖石工程中的不確定性，主要來源于地質(zhì)條件、巖體性狀的不確定性。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com這是因為天然巖體在歷經(jīng)了復(fù)雜的成巖過程和后期億萬年構(gòu)造運(yùn)動的改造后，其性狀和賦存條件千差萬別，可以說，每一處工程場址的巖體、不同工程部位的巖體都是不相同的。并且工程巖體一般都深埋地下，其性狀與裸露于表面的巖體有時差別很大，隱蔽性突出。相比之下，工程前期勘探工作量總有限，不可能將所有節(jié)理裂隙等地質(zhì)特征和變異都揭露出來，一般只能通過坑槽、鉆孔、平硐獲得的局部資料，進(jìn)行統(tǒng)計分析獲得平均的和優(yōu)勢的分布概念。施工開挖后，揭露出沒有預(yù)見到的意外現(xiàn)象（如某種地質(zhì)缺陷）是難以避免的。在這種情況下，為研究天然巖體的力學(xué)性狀而進(jìn)行的試驗、測試和計算分析也會遇到同樣的問題，前期試驗研究得到的力學(xué)參數(shù)、曲線、應(yīng)力、位移分布等也具有相應(yīng)的不確定性。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com例如，三峽工程從20世紀(jì)50年代開始，對大壩基巖進(jìn)行了十分詳盡、數(shù)量巨大的地質(zhì)勘探和試驗研究工作，取得了豐富的資料，特別是對影響穩(wěn)定的緩傾角節(jié)理問題進(jìn)行了專題研究。然而，開工后開挖揭露出的情況與原先分析的有很大差別，不得不在施工期間針對特殊地段補(bǔ)充進(jìn)行了集中的地質(zhì)勘探工作和一系列專題研究，修改了設(shè)計。這也是巖石工程中不確定性的突出事例。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com3、不確定性給巖石工程帶來的影響

地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性狀的這種不確定性，是巖石力學(xué)研究中的主要困難，試驗研究成果（即使是現(xiàn)場巖體力學(xué)試驗）代表的只是與試驗點(diǎn)條件相似的天然巖體，通過大量試驗可以得到該試驗地段巖體力學(xué)性質(zhì)的平均概念和可能變化的范圍，但仍然不能對較大范圍工程巖體的力學(xué)性狀給出確定的數(shù)值來。地質(zhì)條件和巖體力學(xué)性狀的這種不確定性，也給巖石工程建設(shè)帶來一系列消極影響：一方面，施工開挖后如果沒有及時揭露原先沒有發(fā)現(xiàn)的缺陷，就會給工程留下安全隱患，有時會引起施工期巖體失穩(wěn)，事后處理延誤工期；另一方面，為了對付這種不確定性，設(shè)計中不得不采用偏于保守的參數(shù)和條件、保留過大的安全裕度，不必要地增加工程量和投資。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com這種地質(zhì)條件上的不確定性，也給巖石力學(xué)研究帶來了以下特點(diǎn)：其一，對天然巖體力學(xué)性狀的認(rèn)識是隨著地質(zhì)條件不斷揭露而逐漸深入的，也就是說，對巖體的認(rèn)識具有階段性；其二，試驗研究可以獲得巖體性狀（力學(xué)參數(shù)、應(yīng)力—位移分布、強(qiáng)度和承載能力等）的可能變化范圍，也可以力求減小這個變化范圍，卻總難以針對一定規(guī)模的巖體給出十分準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com4、減小巖石工程中不確定性的途徑

為了減小巖石工程中的不確定性，工程前期的地質(zhì)勘探工作應(yīng)盡量做細(xì)，巖石力學(xué)試驗研究要更深入，設(shè)計中對巖體承載能力的利用要留有適當(dāng)?shù)挠嗟睾陀袀溆梅桨?。但是，最為有效的是施工中要根?jù)臨時發(fā)現(xiàn)的情況及時修改設(shè)計，也就是說，要進(jìn)行動態(tài)設(shè)計。所謂動態(tài)設(shè)計，其實就是早年太沙基的Designasyougo的思想，即在施工中不斷補(bǔ)充和修改設(shè)計的思想。后來隧洞建設(shè)中產(chǎn)生的新奧法的核心也就是要根據(jù)施工揭露的新情況不斷調(diào)整、修改、優(yōu)化設(shè)計。其實，這種做法應(yīng)當(dāng)不僅限于隧洞施工，對一切巖石工程（包括邊坡、壩基）都是適用的。例如，三峽雙線五級船閘高邊坡工程的施工中就曾經(jīng)歷過這樣的努力和實踐。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com動態(tài)設(shè)計中修改設(shè)計的依據(jù)是施工開挖中不斷揭露出來新的巖石情況、開挖爆破的影響和參數(shù)、施工地質(zhì)測繪和監(jiān)測、試驗資料。工作的要點(diǎn)是對于這些信息和資料要及時綜合、分析、反饋、調(diào)整，不及時就達(dá)不到動態(tài)設(shè)計的目的。然而，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計最關(guān)鍵的問題是設(shè)計、地質(zhì)、施工、監(jiān)測、監(jiān)理和業(yè)主等各方面要密切配合，而不能分家、相互牽制、防范。要建立一個各方面（各環(huán)節(jié)）密切配合（而不是互相牽制）的體制。已故的國際巖石力學(xué)學(xué)會創(chuàng)始人之一L．繆勒教授打過一個比喻，形容在新奧法隧洞施工中有關(guān)各方之間的關(guān)系，彼此應(yīng)當(dāng)十分默契、密切配合，合作得像一個優(yōu)秀的籃球隊一樣。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com5地質(zhì)勘探工作可減少不確定性

工程地質(zhì)的主要任務(wù)是將天然巖體的情況查明。根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范要求，在一個壩址區(qū)內(nèi)的巖體情況，只要是與工程建筑物有關(guān)的，都要全面弄清楚，包括巖性、巖石的組分、結(jié)構(gòu)、巖體構(gòu)造、斷裂、風(fēng)化、溶蝕、侵蝕（剝蝕）等許多方面，并進(jìn)而研究它們的成因、演變歷史、分布規(guī)律等。在可研報告階段和初步設(shè)計階段還要求說明巖土體物理力學(xué)性質(zhì)、提出巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，論述和評價工程巖體的穩(wěn)定條件，提出加固、處理意見。顯然，巖石力學(xué)的工作在這里是包含在工程地質(zhì)任務(wù)中的。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com在巖石力學(xué)已經(jīng)成為獨(dú)立學(xué)科和專業(yè)的今天，根據(jù)以往大量工程實踐經(jīng)驗，我們可以就工程地質(zhì)與巖石力學(xué)的分工提出這樣一個模式：凡是不需要通過物理力學(xué)性質(zhì)試驗研究就可以得到的有關(guān)巖石、巖體性質(zhì)的說明和描述，屬于工程地質(zhì)專業(yè)范圍；反之，則歸于項目工程地質(zhì)和巖石力學(xué)兩方面都要做，例如關(guān)于巖體節(jié)理裂隙的定量描述、工程巖體的分級、分區(qū)等，只是側(cè)重點(diǎn)和使用的方法各有不同。利用彈性波穿過巖體時的反應(yīng)來探測、研究巖體的物理力學(xué)性質(zhì)，在工程地質(zhì)中屬于物探工作，側(cè)重于查明巖體情況，在巖石力學(xué)中是研究巖體物理力學(xué)性質(zhì)的一種方法。

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重要的是，分工不能分家：一切巖石力學(xué)的試驗研究工作都必須和地質(zhì)工作緊密聯(lián)系、結(jié)合，包含幾重含義：首先，巖石力學(xué)工作者必須對地質(zhì)工作的成果——關(guān)于巖石、巖體的性質(zhì)和狀況的描述有詳盡的了解；其次，室內(nèi)試驗取樣、現(xiàn)場試驗選點(diǎn)都應(yīng)當(dāng)與地質(zhì)人員結(jié)合進(jìn)行，以便保證試驗結(jié)果具有足夠的代表性；試驗結(jié)果分析、解釋要緊密結(jié)合試點(diǎn)附近的地質(zhì)條件進(jìn)行（特別是在試驗結(jié)果出現(xiàn)異常時）；各種計算分析數(shù)學(xué)模型的建立、本構(gòu)關(guān)系和強(qiáng)度準(zhǔn)則的選用、計算域（范圍）的確定等都必須符合實際地質(zhì)條件，應(yīng)有地質(zhì)人員參與。對分析、計算結(jié)果的解釋和應(yīng)用也要在充分考慮地質(zhì)背景條件下進(jìn)行。

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6工程設(shè)計可防避不確定性

如果將工程設(shè)計理解為工程建設(shè)的前期工作，那么工程地質(zhì)勘查和巖石力學(xué)試驗研究都是工程設(shè)計的一部分內(nèi)容，都是其中的一個重要環(huán)節(jié)。但對具體的設(shè)計工作而言，巖石力學(xué)研究是為工程建設(shè)服務(wù)的一項獨(dú)立的專業(yè)，各有分工不同。巖石力學(xué)為工程建設(shè)的服務(wù)不應(yīng)當(dāng)是一種消極、被動的服務(wù)，而是一種積極的、主動的、參與式的服務(wù)。也就是說，一方面它應(yīng)當(dāng)按設(shè)計規(guī)范的要求，向設(shè)計工作提供有關(guān)天然巖體性狀的資料；另一方面它還要將對工程巖體分析研究的結(jié)果反饋給設(shè)計，提出優(yōu)化設(shè)計的建議。

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從巖石力學(xué)的角度看，水利水電的巖石工程設(shè)計的任務(wù)可以概括如下：根據(jù)工程地質(zhì)勘探和巖石力學(xué)試驗研究提供的關(guān)于天然巖體的地質(zhì)條件和物理力學(xué)性質(zhì)，考慮水文、氣象等其他方面的條件，按照本樞紐對各水工建筑物功能的要求，確定巖石基礎(chǔ)、地下洞室和巖石邊坡的位置、尺寸、加固處理措施、施工開挖方法和程序等。與此相應(yīng)地，巖石力學(xué)試驗研究的任務(wù)為：根據(jù)水工布置的需要，通過現(xiàn)場和室內(nèi)試驗研究，提供關(guān)于天然巖體的物理力學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識和資料（包括物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線，本構(gòu)關(guān)系、變形和強(qiáng)度屬性等），并按照工程設(shè)計選出的巖石工程方案，通過計算分析、模型試驗或原型監(jiān)測，闡明有關(guān)工程巖體的力學(xué)性狀（應(yīng)力、應(yīng)變分布、塑性區(qū)或破裂損傷區(qū)），對其穩(wěn)定性或失穩(wěn)破壞形態(tài)做出評價。從巖石力學(xué)的角度提出優(yōu)化設(shè)計方案、巖體加固處理的建議。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com第三節(jié)巖質(zhì)邊坡工程1、第一個問題：水利工程中的巖質(zhì)邊坡

水利水電工程中邊坡的開挖與水庫水位的升降都可能導(dǎo)致邊坡的失穩(wěn)定。我國已建和在建的大型水利水電工程如三峽、二灘、李家峽、五強(qiáng)溪、隔河巖、小灣、天生橋二級河龍灘等涉及的天然邊坡高達(dá)400~1000m，工程邊坡高達(dá)200~400m，垂直開挖坡高近100m。漫灣水電站、龍羊峽水電站、天生橋二級水電站、隔河巖水電站等都發(fā)生過規(guī)模較大的邊坡失穩(wěn)，造成很大損失。龍灘水電站進(jìn)口傾倒蠕變體約1300萬m3需加固治理。在三峽庫區(qū)，蓄水以后可對庫區(qū)人民生命財產(chǎn)造成較大危害的有1168處崩滑體，需要避讓或處理；有744處崩滑體目前較穩(wěn)定，需監(jiān)測預(yù)警；有578處相對穩(wěn)定暫不處理。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com2、第二個問題：巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究

（1）邊坡穩(wěn)定性分類。在中國水利水電科學(xué)院的組織下，有關(guān)設(shè)計院配合，對于全國117個水利水電工程中的典型滑坡和變形邊坡進(jìn)行了調(diào)查，總結(jié)了邊坡失穩(wěn)在各類巖體結(jié)構(gòu)中所占的比例：其中塊體結(jié)構(gòu)占14.08%，層狀同向結(jié)構(gòu)占19.72%，層狀反向結(jié)構(gòu)占15.49%，層狀斜向結(jié)構(gòu)占14.08%，碎裂和散體結(jié)構(gòu)占36.63％。在七種失穩(wěn)類型中崩塌占7.04％，滑動占73.24％，傾倒占5.63％，潰屈占2.82％，拉裂占4.23％，復(fù)合占7.04％。調(diào)查表明，引起變形和失穩(wěn)的因素十分復(fù)雜。巨型和大中型滑坡主要以各種水的作用為主；中小型楔體滑動、拉裂及大型崩塌則以人類工程活動為主。

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陳祖煜等人利用調(diào)查登錄的資料對于RMR－SMR分類系統(tǒng)進(jìn)行了補(bǔ)充修正，計入了坡高及結(jié)構(gòu)面條件對邊坡穩(wěn)定的影響。經(jīng)理論分析和工程驗證，提出了CSMR（ChineseSystemforSMR）分類體系。根據(jù)這一分類體系，邊坡按其穩(wěn)定性被分為五類：Ⅰ類穩(wěn)定，81~100分；Ⅱ類穩(wěn)定，61~80分；Ⅲ類局部穩(wěn)定41~60分；Ⅳ類不穩(wěn)21~40分；Ⅴ類很不穩(wěn)定，0~20分。

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（2）影響邊坡失穩(wěn)的因素。影響邊坡失穩(wěn)的因素主要有：地形切割、巖性、構(gòu)造、水和邊坡開挖的綜合作用。經(jīng)驗表明，谷坡強(qiáng)風(fēng)化帶、強(qiáng)卸荷帶、甚至弱風(fēng)化帶的上部經(jīng)常是邊坡失穩(wěn)的底界，這些部位的巖體結(jié)構(gòu)完整性差，結(jié)構(gòu)面大部分松弛、泥化或充填次生夾泥，在爆破開挖、施工用水或者降雨情況，極易失穩(wěn)，地下水產(chǎn)生的滲透力對于邊坡影響極大。因此，施工期降低地下水位，控制爆破的藥量，注意邊坡自上而下的邊開挖、邊支護(hù)加固，邊監(jiān)測變形，是防止失穩(wěn)的有效措施。

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（3）邊坡的穩(wěn)定性研究及穩(wěn)定性分析。水利水電工程中的邊坡研究內(nèi)容可以歸納為監(jiān)測、理論分析、數(shù)值計算和模擬試驗幾種。A)監(jiān)測方面：用紅外線進(jìn)行大范圍的普查；用綜合探井、CT層析成像、定向取芯和平硐探測結(jié)構(gòu)面或滑動面；進(jìn)行地應(yīng)力的測試，了解高陡谷坡的應(yīng)力場；進(jìn)行邊坡表面、深部變形和地下水的監(jiān)測；用測線法、統(tǒng)計法對節(jié)理類型進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計，用蒙特卡羅法模擬巖體節(jié)理網(wǎng)絡(luò)，確定巖體節(jié)理密度與連通率。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.comB)理論與數(shù)值分析方面：用地質(zhì)力學(xué)模型研究邊坡破壞機(jī)制，用評價不同破壞機(jī)制的地質(zhì)模式，評價邊坡演變階段和發(fā)展趨勢；用組合梁板理論研究傾倒蠕變的機(jī)理；使用分塊推力法與薩爾瑪法、極限平衡理論和塊體理論進(jìn)行穩(wěn)定計算；用數(shù)值計算模擬分析邊坡應(yīng)力變形。在邊坡穩(wěn)定分析方面，可以根據(jù)巖體的整體性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行不同的穩(wěn)定分析。對于全風(fēng)化巖體及碎散、破裂結(jié)構(gòu)巖體，可以與土質(zhì)邊坡一樣采用自動搜索方法確定滑裂面及安全系數(shù)；對于Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面發(fā)育的巖質(zhì)邊坡，根據(jù)節(jié)理與裂隙統(tǒng)計資料，結(jié)合地質(zhì)分析確定或者基本確定滑動面的位置；對于層狀結(jié)構(gòu)和已知控制性的不利結(jié)構(gòu)面的組合塊，按實際塊體驗算其穩(wěn)定性。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com在各種穩(wěn)定分析中，以極限平衡理論和方法為基礎(chǔ)，極限平衡的計算方法有下限解法和上限解法。下限解包括：適用于圓弧滑動面的瑞典圓弧法和簡化畢肖甫法；適用于任意滑動面的簡布法和摩根斯坦－普瑞斯法；傳遞系數(shù)法等。上限解有：薩爾瑪法、潘家錚極限分塊平衡法，能量法。對于可能發(fā)生三維楔體破壞的巖質(zhì)邊坡，采用楔形體分析計算，與穩(wěn)定分析一起，通常也配合進(jìn)行應(yīng)力變形的數(shù)值計算。模型不一定越復(fù)雜越好，重要的是其對于計算問題的針對性和選擇參數(shù)的合理性。

C)模型試驗方法：用離心機(jī)模擬邊坡，研究其破壞機(jī)理；用涌浪模型試驗研究滑坡滑速與涌浪高度相關(guān)關(guān)系。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com3、第三個問題：巖體的力學(xué)參數(shù)選取

巖體的物理力學(xué)參數(shù)的選取直接關(guān)系到水工建筑物的安危和工程量的大小。由于巖體的破壞主要是剪切破壞，其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是關(guān)鍵的參數(shù)。與土的強(qiáng)度指標(biāo)不同，巖體的強(qiáng)度指標(biāo)無法用室內(nèi)試驗直接測取。一般巖體的原位強(qiáng)度指標(biāo)必須從地質(zhì)巖性、巖塊試驗、表面的特征來合理估算。Hoek和Brown對此進(jìn)行了廣泛地研究，他們使用理論分析、模型試驗和實測數(shù)據(jù)，提出節(jié)理化巖體的經(jīng)驗破壞準(zhǔn)則。設(shè)計應(yīng)用中表明它對于松動的巖體實用性好，對于緊密鑲嵌的未擾動巖體則估計的強(qiáng)度偏低。目前，我國的水利行業(yè)對巖體的力學(xué)參數(shù)通常采用強(qiáng)度折減法。我國的GB50218－94《工程巖土分級標(biāo)準(zhǔn)》和水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范都規(guī)定了巖體力學(xué)指標(biāo)的估算方法。目前現(xiàn)行的巖體力學(xué)指標(biāo)估算方法主要有下列幾種：

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com1）工程地質(zhì)類比法；2）Hoek－Brown判據(jù)；3）正分析與反分析；4）試驗強(qiáng)度折減法；5）非均質(zhì)巖體綜合抗剪強(qiáng)度。巖體中軟弱結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)可以按成因分為原生型、次生充填型和構(gòu)造綜合型，以構(gòu)造綜合型居多。以顆粒組成為主要因素將軟弱結(jié)構(gòu)面分為全泥、泥夾巖屑、巖屑夾泥和巖屑巖塊四種：對于無充填的剛性結(jié)構(gòu)面可分為未膠結(jié)和膠結(jié)兩種。在現(xiàn)場大型原位抗剪試驗的基礎(chǔ)上，按此分類國內(nèi)水利水電工程中的軟弱層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗值統(tǒng)計如下表所示。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com第四節(jié)環(huán)境巖土與地質(zhì)災(zāi)害

1、環(huán)境巖土工程

國外發(fā)展的歷史表明，當(dāng)人均的GDP達(dá)到7000~8000美元以后，環(huán)境的污染將被全面治理，總體的環(huán)境將會優(yōu)化，環(huán)境會走向好轉(zhuǎn)。以垃圾處理為例，美國每年花在垃圾填埋的費(fèi)用高達(dá)幾百億美元。我國目前不可能達(dá)到同樣的處理標(biāo)準(zhǔn)，但是應(yīng)盡量減少污染，研究符合我國國情的處理方式。是我國巖土工作者的責(zé)任。各種天然的地質(zhì)災(zāi)害及工程建設(shè)引發(fā)的環(huán)境問題受到關(guān)注，在高邊坡的治理、基礎(chǔ)抗震、河道整治等諸方面都取得了經(jīng)驗和成績。例如對于烏江渡、魯布革的水庫庫區(qū)滑坡的治理；三峽船閘的高邊坡治理；天生橋和漫灣開挖引起的滑坡的處理、李家峽泄水道滑坡治理等。我國的固體廢棄物無害化處理方面，盡管與先進(jìn)國家相比還有較大差距，但也有了進(jìn)展。杭州、深圳、北京、上海、蘇州、天津、長沙、貴陽、昆明等城市都有垃圾填埋的設(shè)施。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

巖土工程人員已經(jīng)開始著手在這方面的工作，開展了有關(guān)研究，但這方面的工作還處于起步階段。巖土災(zāi)害的治理還只限于與工程直接有關(guān)的部分，固體廢棄物處理一般也限于大城市。環(huán)境巖土工程學(xué)是巖土工程學(xué)與環(huán)境科學(xué)相互整合的一門科學(xué)，舉凡與環(huán)境有關(guān)的巖土工程問題都是環(huán)境巖土工程學(xué)所討論的范疇，其目的在于使工程建設(shè)和自然環(huán)境得到平衡，以達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境巖土工程主要包含地質(zhì)災(zāi)害與衛(wèi)生工程，環(huán)境巖土工程與地下水的污染有直接關(guān)系，是水利科學(xué)中不容忽視的一個重要方面。由于水資源利用的形勢日益嚴(yán)峻，安全的飲用水和灌溉水的確保是維持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本問題，如何控制地下水污染狀況和水庫水質(zhì)量相當(dāng)重要。因此，研究廢棄物處理場的規(guī)劃和現(xiàn)有污染的調(diào)查，將有助于完善水資源綜合管理與使用。

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近年來，由于舊有廢棄物處理場規(guī)劃不當(dāng)及人類生活發(fā)展，使得環(huán)境污染日益嚴(yán)重。我國雖屬發(fā)展中國家，但隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化速度加快，城市垃圾產(chǎn)量與GDP幾乎同步增長，以每年約9％左右的速度遞增：1986年的5200萬t，1990年6767萬t，2002年的清運(yùn)量達(dá)1.4萬t。目前我國城市垃圾無害化處理率僅為20％左右。我國城市周圍垃圾已經(jīng)堆積十幾億t，許多城鎮(zhèn)為城市垃圾所包圍。環(huán)境巖土工程的研究方向主要在于舊有廢棄物處理場與人類生活發(fā)展的污染控制，新建廢棄物處理場規(guī)劃與防護(hù)設(shè)計，這包括污染程度的評估、環(huán)境易損性評估、污染物遷移預(yù)測、地下水資源的利用、污染土修復(fù)與廢棄物處理場的規(guī)劃等。因此研究的課題主要有以下方面：

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（1）污染程度與環(huán)境易損性評估。由于計算機(jī)的普及，數(shù)值分析廣泛用于污染物遷移擴(kuò)散機(jī)制的模擬，建立了大量的數(shù)值模型，使得人們對污染物遷移與擴(kuò)散掌握了基本規(guī)律；空間技術(shù)的發(fā)展，高解析、可見光及不可見光的衛(wèi)星相片的應(yīng)用，使得大范圍監(jiān)測環(huán)境污染的技術(shù)逐漸發(fā)展和應(yīng)用；勘探技術(shù)的成熟，使得預(yù)測地下的水文地質(zhì)狀況與污染程度的可靠度進(jìn)一步提高；另一方面，計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，使得巖土工程、環(huán)境狀況和社會現(xiàn)況等信息的整合與分享成為可能。在上述的條件下，自1995年以來，通過地理信息系統(tǒng)平臺，將上述所獲得的信息進(jìn)行系統(tǒng)性整合，把污染程度或環(huán)境易損性加以分級，并繪制成圖，作為污染控制的參考依據(jù)及工程初步規(guī)劃的決策參考，形成跨領(lǐng)域的整合。由于各地區(qū)之間人文與自然條件均不相同，使得選用的研究參數(shù)與數(shù)學(xué)模型各不相同，如何進(jìn)行污染程度與環(huán)境易損性評估與污染范圍，仍需進(jìn)一步討論和研究。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（2）污染物遷移預(yù)測，污染物遷移預(yù)測對于污染控制是相當(dāng)重要的，了解污染物的遷移規(guī)律可以作為保護(hù)區(qū)劃定的參考依據(jù)，并可用來評估現(xiàn)況是否惡化或好轉(zhuǎn)。污染物遷移預(yù)測通常通過現(xiàn)地監(jiān)測與數(shù)值模擬，現(xiàn)地監(jiān)測通常采取現(xiàn)地鉆孔或電磁探測、探地雷達(dá)等地球物理探測法。污染物遷移預(yù)測的準(zhǔn)確性和對于突發(fā)性事故的污染評估與治理是關(guān)鍵技術(shù)問題。（3）地下水綜合管理。包括地下水庫勘探、水質(zhì)監(jiān)測、污染控制、保護(hù)區(qū)劃定、土地利用與合理使用規(guī)劃等。

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（4）污染土修復(fù)。利用污染物遷移特性，使污染物從土中移除。污染治理效率的評估是重要的課題。（5）廢棄物處理場的規(guī)劃。廢棄物主要包括輻射污染物、固體污染物和液體污染物，這些污染物的處理問題包括了場址選定、保護(hù)層設(shè)計與安全性評估的研究。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com2、地質(zhì)災(zāi)害問題

（1）概述我國是地質(zhì)災(zāi)害十分嚴(yán)重的國家。根據(jù)“中國環(huán)境公報，1998~2002”的統(tǒng)計，1999年、2000年、2001年和2002年，全國因滑坡、泥石流死亡人數(shù)分別為823人、1102人（另63人失蹤）、788人和853人。目前地質(zhì)災(zāi)害的研究主要在于災(zāi)害風(fēng)險評估，包括災(zāi)害潛勢圖的劃定與災(zāi)害預(yù)報。

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由于計算機(jī)的普及，數(shù)值分析廣泛應(yīng)用于災(zāi)害發(fā)生機(jī)制的模擬，建立了大量的數(shù)值模型，使得人們對災(zāi)害的發(fā)生掌握了基本規(guī)律；空間技術(shù)的發(fā)展，全球定位系統(tǒng)和高解析、可見光及不可見光的衛(wèi)星相片的應(yīng)用，使得大范圍監(jiān)測的技術(shù)逐漸發(fā)展和應(yīng)用；勘探技術(shù)的成熟，使得預(yù)測地下地質(zhì)狀況的可靠度進(jìn)一步提高；另一方面，計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，使得巖土工程信息的整合與分享成為可能。在上述的條件下，自1990年以來，通過地理信息系統(tǒng)平臺，將上述所獲得的信息進(jìn)行系統(tǒng)性整合，把地質(zhì)災(zāi)害的危險和危害的潛勢度加以分級，并繪制成圖，作為災(zāi)害防救的參考依據(jù)及工程初步規(guī)劃的決策參考的研究大量展開。

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另一方面，地質(zhì)災(zāi)害具有地域性，不同的地區(qū)有不同的地質(zhì)災(zāi)害，且地質(zhì)災(zāi)害的分布通常相當(dāng)廣泛，這使得各國政府不可能投入巨資來全面有效治理地質(zhì)災(zāi)害，而且也不可行，因此，分區(qū)重點(diǎn)防治并結(jié)合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建立是未來處理地質(zhì)災(zāi)害問題的主要可行方法。通過災(zāi)害歷史資料的搜集與可靠度分析進(jìn)行預(yù)警基準(zhǔn)的研究也相當(dāng)普遍。

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國內(nèi)外學(xué)者越來越重視高邊坡病害的系統(tǒng)監(jiān)測，隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和監(jiān)測經(jīng)驗的積累，對監(jiān)測的意義、內(nèi)容、目的認(rèn)識不斷深入。高邊坡病害的監(jiān)測是高邊坡病害預(yù)報和防治基礎(chǔ)信息獲得的一種重要手段，實現(xiàn)高邊坡病害的有效防治或災(zāi)害預(yù)報。監(jiān)測的目的是預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展演變趨勢，具體了解和掌握病害演變的動態(tài)過程，適時捕捉病害臨近暴發(fā)成災(zāi)的特征信息，或把握邊坡病害治理的有效時機(jī)以避免災(zāi)害事故的發(fā)生。從邊坡病害的監(jiān)測內(nèi)容而言，不僅包括邊坡病害的形成條件、形成過程的監(jiān)測，而且還包括病害治理工程效果的反饋監(jiān)測。我國香港地區(qū)的滑坡監(jiān)測技術(shù)和體系是相當(dāng)先進(jìn)和有效的。

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2003年4月7日，中國國土資源部和中國氣象局簽訂了“關(guān)于聯(lián)合開展地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警工作的協(xié)議”。從此，中央電視臺每年在進(jìn)入雨季后在黃金時間向全國人民發(fā)布滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報。這在全世界尚屬首次。據(jù)不完全統(tǒng)計的反饋資料2003年的預(yù)報預(yù)警工作準(zhǔn)確率達(dá)到50％以上。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（2）典型災(zāi)害——滑坡預(yù)報問題一、滑坡時間預(yù)測研究歷程對滑坡時間預(yù)報的研究歷程，大致可以劃分為以下三個階段：1、

20世紀(jì)60~70年代現(xiàn)象預(yù)報和經(jīng)驗方程預(yù)報階段：主要以現(xiàn)象預(yù)報和經(jīng)驗預(yù)報為主。利用滑波的一些變形破壞現(xiàn)象和失穩(wěn)前的宏觀前兆現(xiàn)象，對滑坡失穩(wěn)進(jìn)行推斷。這種預(yù)報是對滑坡前兆反映的經(jīng)驗積累的直觀預(yù)報方法?；虑罢赚F(xiàn)象主要有：地面變形、地下水位突然變化、地聲、地?zé)?、動物表現(xiàn)異常等。顯然這種方法只適用于明顯前兆的滑坡，預(yù)報精度也不高，是一種定性的預(yù)報方法。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com1963年，我國曾利用這種方法成功地預(yù)報了寶成線須家河滑坡。在這期間，日本學(xué)者齋藤迪孝通過大量的試驗，提出了蠕變破壞三階段理論，建立了加速蠕變的微分方程，利用該模型曾于1970年對日本的高場山滑波進(jìn)行了成功的預(yù)報。此后，E.Hock根據(jù)智利的Chuquicamata礦滑坡監(jiān)測位移——時間曲線提出了利用滑波變形曲線的形態(tài)和趨勢進(jìn)行外延并推求滑動時間的外延法，其預(yù)報的理論依據(jù)與齋藤是相同的。由于這些方是在一定條件下建立的經(jīng)驗公式，所求得的蠕變破壞時間屬于概算，預(yù)報精度受到一定的限制，僅適用于中短期預(yù)報和臨滑預(yù)報。因此，這一階段的預(yù)報方法，是建立在“現(xiàn)象”和“經(jīng)驗”基礎(chǔ)上的經(jīng)驗預(yù)報法。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com2、20世紀(jì)80年代位移——時間統(tǒng)計分析預(yù)報階段：

隨著概率論、數(shù)理統(tǒng)計、灰色系統(tǒng)理論、模糊數(shù)學(xué)等現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論的誕生和廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者在此基礎(chǔ)上建立了多個滑坡預(yù)報模型。

例如：王思敬教授（1984）提出了邊坡失移前總變形量和位移速率的綜合預(yù)報方法。陳明東、王蘭生（1988）首先將灰色系統(tǒng)理論中的GM（1，1）模型法引入滑坡位移——時間曲線的擬合外推，提出了利用濾波灰色分析法進(jìn)行滑坡的中期預(yù)報。晏同珍（1988）根據(jù)滑坡過程存在著與生物孕育、發(fā)生、消亡相似的位移特征，引入了Verhulst生物生長模型，Verhulst模型目前已被廣泛采用。李天斌（1999）根據(jù)斜坡變形破壞的位移量化曲線更接近Verhulst反函數(shù)曲線，提出了Verhulst反函數(shù)模型。這一時期，張倬元（1988）還提出了黃金分割數(shù)法，孫景恒（1993）引入了Pearl生長模型法。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com此外，還有不少學(xué)者引入了馬爾科夫預(yù)報、模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)報、正交多項式最佳逼近模型（周創(chuàng)兵等）、梯度-正弦模型（崔政權(quán)）、泊松旋回預(yù)報和圖解法等多種方法，使滑坡預(yù)報方法向定量化方向邁進(jìn)了一大步。但是，這一階段的學(xué)者們主要注重預(yù)報方法的探討而對與滑坡密切相關(guān)的一些基本問題，如觀測資料的分析、處理、預(yù)報時序資料的選擇、干擾信息的剔除與有用信息的增強(qiáng)等還認(rèn)識不足；對滑坡基礎(chǔ)研究與預(yù)報相結(jié)合方面的探討也較少，也很少在利用上述先進(jìn)理論和方法的同進(jìn)，將預(yù)報參數(shù)與斜坡變形破壞和演變機(jī)制聯(lián)系起來考慮，因而大大影響了預(yù)報精度。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com3、20世紀(jì)90年代以來非線性預(yù)報和綜合預(yù)報模型及預(yù)報判據(jù)研究階段：

20世紀(jì)90年代以來，由于系統(tǒng)科學(xué)和非線性科學(xué)的發(fā)展及其在各個領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，人們的認(rèn)識發(fā)生了質(zhì)的變化。滑坡研究者開始認(rèn)識到滑坡體系是一個開放系統(tǒng)，是一個灰與白、確定性與隨機(jī)性、漸變與突變、平衡與非平衡、有序與無序等對立統(tǒng)一的系統(tǒng)。因此，許多學(xué)者引用了對處理復(fù)雜問題比較有效的非線性科學(xué)理論來研究滑坡的預(yù)報問題，提出了多個滑坡預(yù)報模型，其中代表性的有：尖點(diǎn)突變和灰色尖點(diǎn)突變模型（秦四清等，1993）、動態(tài)分維跟蹤預(yù)報模型（李天斌等，1995）、協(xié)同預(yù)報模型（黃潤秋、許強(qiáng)，1997）等。同時還提出了一些滑坡預(yù)報的聯(lián)合模型，如滑坡預(yù)報的BP-GA混合算法（吳承禎等，2000）以及協(xié)同-分岔預(yù)報模型（黃志全等，2002）等。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

此外，人們逐漸開始重視滑坡預(yù)報判據(jù)和綜合預(yù)報模型的研究，并著手從物理現(xiàn)象和物理模型分析入手進(jìn)行滑坡預(yù)報的探索。而且，人們逐漸認(rèn)識到滑坡預(yù)報不僅僅是一個純方法問題，要實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的預(yù)報，必須將斜坡變形破壞機(jī)制分析與定量預(yù)報相結(jié)合，必須對與滑坡密切相關(guān)的基本問題進(jìn)行研究。運(yùn)用系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)模擬的方法對滑坡系統(tǒng)進(jìn)行識別、模擬及預(yù)測預(yù)報。目前，地質(zhì)力學(xué)模擬和數(shù)值模擬作為一種有效的手段，在滑坡演變的動態(tài)過程與趨勢預(yù)測中已被廣泛應(yīng)用。滑坡預(yù)報已從過去單一的現(xiàn)象研究、模型方法研究進(jìn)入了預(yù)報階段，并且逐步同實用化、系統(tǒng)化邁進(jìn)。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com近些年來，隨著一些新的、先進(jìn)的技術(shù)手段的應(yīng)用和發(fā)展，一些相鄰學(xué)科的滲透和新學(xué)科的興起，為滑坡預(yù)報研究提供了新的理論方法和觀測、實驗、計算手段?；卵芯空唛_始將GIS技術(shù)、專家系統(tǒng)的理論和方法等運(yùn)用于滑坡的預(yù)測預(yù)報中。基于以往滑坡時間預(yù)測預(yù)報的研究成果，在滑坡時間預(yù)測預(yù)報的工程實踐中也取得了不少成果和經(jīng)驗，如：我國三峽庫區(qū)新灘滑坡在1985年就得到了成功的預(yù)警預(yù)報，避免了1000多人的傷亡；1995年甘肅境內(nèi)的黃茨滑坡由于得到了系統(tǒng)監(jiān)測，其發(fā)生時間也得到了準(zhǔn)確的預(yù)報。統(tǒng)計國內(nèi)外成功預(yù)報的滑坡如表1.1。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com二、滑坡預(yù)報的主要問題與討論盡管國內(nèi)外專家學(xué)者在滑坡災(zāi)害的時間測試預(yù)報方面取得了不少進(jìn)展，并且也確有預(yù)報成功的實例（如上表1.1）。但是，由于斜波演化過程的復(fù)雜性、隨機(jī)性和不確定性，要想準(zhǔn)確地預(yù)報滑坡的發(fā)生時間是十分困難的。在滑坡的時間預(yù)報中，臨滑預(yù)報由于滑坡體的變形表現(xiàn)已經(jīng)比較明顯，而且又已經(jīng)積累的比較長時間的監(jiān)測資料，各方面前兆信息充分，發(fā)展趨勢易于掌握和判斷；因此，臨滑預(yù)報相對是容易的。目前，國內(nèi)外（尤其是我國）絕大多數(shù)滑坡的成功預(yù)報依賴的都是臨滑信息，屬于臨滑預(yù)報，也說明了這一點(diǎn)。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com滑坡預(yù)報真正的難點(diǎn)主要是中長期預(yù)報，其次是短期預(yù)報。這些預(yù)報可能與“事件”相互迭加，更增加了預(yù)報的難度。因此，目前來說滑坡預(yù)報困難主要是指中、長期預(yù)報和短期預(yù)報的困難。我們要討論的主要是前者?；骂A(yù)報（主要指中長期和短期預(yù)報，下同）是一個世界性的難題。這一問題之所以難，主要有以下幾方面的原因：

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com1、滑坡既是一個復(fù)雜的地質(zhì)力學(xué)過程，又是一個高度復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的特點(diǎn)就在于構(gòu)成系統(tǒng)的內(nèi)部條件、外部因素都具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和非確定性，而且這種特性用傳統(tǒng)的理論難于表達(dá)。因此，對于一些復(fù)雜的滑坡系統(tǒng)，我們目前的認(rèn)識和理論不平還受到很大的限制。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com2、對于復(fù)雜的滑坡系統(tǒng)，我們能夠獲得的信息是極為有限的。對大多數(shù)的滑坡，如果在事前沒有被納入人們的視野或被人們所認(rèn)識，就幾乎不可能掌握它的任何信息，因此，這類滑坡的發(fā)生往往使我們感到非常的被動和突然，也最容易造成災(zāi)害。即便是那些已經(jīng)被納入監(jiān)控范圍的滑坡體，我們監(jiān)控的手段和監(jiān)控的數(shù)量往往也是有限的，很難作到對各種信息全面和足夠深度的把握，因此，實施預(yù)報就很困難。從這個意義上來講，對某些高度復(fù)雜的滑坡，如果所掌握的信息不足，準(zhǔn)確預(yù)報幾乎不可能的。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com3、在認(rèn)識問題的思路上還存在一定的問題，更多的是依賴于對監(jiān)測結(jié)果的數(shù)學(xué)推演，而忽視了對滑坡體變形破壞機(jī)理的認(rèn)識。拋開臨滑預(yù)報和現(xiàn)象預(yù)報不說，現(xiàn)在大多數(shù)滑坡中長期或短期預(yù)報主要是依靠對位移監(jiān)測曲線的推演，通過位移的相對變化（或速率的變化）來預(yù)報其今后的行為，也可以稱為“相對位移預(yù)報”。固然，滑坡位移隨時間的變化對滑坡預(yù)報具有絕對重要的作用，但是，如果對這種位移隨時間的變化僅停留在曲線“幾何形態(tài)”變化的認(rèn)識上，而過多的依賴于數(shù)學(xué)方程進(jìn)行各種外推式預(yù)報，顯然對問題的認(rèn)識就僅停留在表面上。采用這種方法對一些結(jié)構(gòu)和過程簡單，監(jiān)測曲線與一般的標(biāo)準(zhǔn)蠕動曲線接近的邊坡可能取得成功。但是，大多數(shù)情況下，這種預(yù)報方法是達(dá)不到理想效果的。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com典型案例一個典型的例子是如圖1.1所示的具有“階梯狀”特征的監(jiān)測曲線。由于滑坡體在變形破裂過程中將會受到降雨、開挖、震動以及位移受限制等諸多外界因素的影響，從而導(dǎo)致位移和其他物理量的監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生受這些因素控制的“階梯狀”跳躍式增長，即變形量或變形速

率突然增大的現(xiàn)象；一俟這引起因素消失，斜坡的變形又會趨緩。這就給數(shù)學(xué)模型預(yù)報帶來很大的不確定性，常常導(dǎo)致誤判的情況出現(xiàn)（你可能看到在某些因素作用時，如降雨，滑坡的相對位移增長會很快，這時你會根據(jù)位移速率的突然變大做出滑坡的預(yù)報；但是，但這些因素消失后，曲線又到了一個平緩的階段，坡體又穩(wěn)定了！這種誤判是常見的）。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com盡管近20年來，我們提出了各種各樣的方法對“監(jiān)測曲線”進(jìn)行這樣那樣的處理（包括平滑濾波、去噪等），希望能捕捉到有用的預(yù)報信息，由于這些處理都是“表面上”的，盡管處理的“數(shù)學(xué)效果”很好，但是都很難與實際變形機(jī)理相聯(lián)系，因此，預(yù)報效果并不好。這就導(dǎo)致“相對位移預(yù)報”往往是“準(zhǔn)確的事后預(yù)報”或事后“諸葛亮”。實際上，從理論上講，當(dāng)我們所掌握的只是變形曲線在等速蠕變階段的簡單“幾何”信息時，按照數(shù)學(xué)模型預(yù)報（或相對位移預(yù)報）這個思路，滑坡中長期預(yù)報幾乎是不可能實現(xiàn)的。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com4、就數(shù)學(xué)模型預(yù)報而言，現(xiàn)行的預(yù)報理論模型適用性和實用性比較差。已有的預(yù)報模型或預(yù)報系統(tǒng)具有很強(qiáng)的地域性限制和條件限制，分散性也比較大，穩(wěn)定性不好。尤其是基于非線性理論的一系列模型等，雖然在理論上具有一定的優(yōu)越性，但同樣由于沒有與滑坡機(jī)理聯(lián)系在一起，因此，實用性較差，還有待結(jié)合工程的實踐中進(jìn)一步檢驗完善。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com5、缺乏滑坡綜合預(yù)報判據(jù)。由于滑坡地質(zhì)體的演化過程極其復(fù)雜多變，要真正實現(xiàn)滑坡的成功預(yù)報，僅靠理論模型進(jìn)行預(yù)報是不行的，應(yīng)該更多地考慮多種方法的綜合預(yù)報問題。目前，在這方面還沒有建立一套適用的綜合預(yù)報指標(biāo)體系和相應(yīng)的具有一定普遍意義的預(yù)報判據(jù)。這是今后必須努力的方向。但是通過相應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，要想建立一套具有普適性的、對滑坡預(yù)測具有明顯參考意義的滑坡預(yù)報判據(jù)（如臨界位移判據(jù)、臨界位移速率判據(jù)等）似乎也是不現(xiàn)實的，或許，世界上根本就不存在這種統(tǒng)一的判據(jù)。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com三、滑坡預(yù)報的發(fā)展趨勢

滑坡的預(yù)報研究雖已有數(shù)十年的歷史，取得了較大的進(jìn)展，但至今尚有許多關(guān)鍵問題沒有解決，滑坡滑動時間預(yù)測預(yù)報理論和方法還不成熟。根據(jù)已有研究中存在的問題及目前學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，預(yù)計今后滑坡預(yù)報的發(fā)展研究將集中于以下幾個方面：

1、基于巖土體.蠕變（流變）理論的滑坡變形過程及動態(tài)趨勢預(yù)測預(yù)報研究；2、多因子綜合預(yù)測預(yù)報研究；晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com3、基于非線性動力學(xué)的滑坡預(yù)測預(yù)報研究；4、GIS技術(shù)在滑坡預(yù)測預(yù)報中廣泛應(yīng)用；5、智能學(xué)預(yù)測方法在滑坡預(yù)報中的應(yīng)用；6、人類活動在滑坡演變過程中的作用和定量評價研究；7、水在滑坡演變過程中的作用和定量評價研究。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（3）地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測手段A）大范圍位移監(jiān)測的合成孔徑雷達(dá)SAR（SyntheticApertureRadar）。利用載有雷達(dá)飛行平臺的運(yùn)動，得到長的合成天線，通過太空發(fā)射電磁輻射波（EMR），并接收其反射波的強(qiáng)度與延時，由此獲得高分辨率的圖像。通過兩幅或兩幅以上的雷達(dá)遙感圖像進(jìn)行相位干涉處理的技術(shù)，稱為干涉雷達(dá)（InSAR）技術(shù)。該技術(shù)是SAR技術(shù)中的精華部分，最大的特色在于可以分辨出數(shù)毫米的地面位移變化，并且可以得到高精度的地面數(shù)字高程模型（DEM），這些技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)領(lǐng)域已做過有益的實踐，在某些領(lǐng)域取得了顯著效果。

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B）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）。70年代初期，美國國防部主持設(shè)計和研制GPS（GlobalPositioningSystem）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)時，十分明確將其用于軍方，到1994年3月美國建成了由24顆衛(wèi)星組成的覆蓋率達(dá)98％的GPS星座。衛(wèi)星可同時發(fā)射兩種信號（C／A碼和P碼），以保證在任何地方、任何時候同時觀測到4顆以上GPS星座，俄羅斯的GLNASS系統(tǒng)則是另外一套全球定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)能為全球任意地點(diǎn)及任意多個用戶同時提供高精度、全天候、連續(xù)的、實時的三維定位與三維測速和時間基準(zhǔn)。隨著GPS接收機(jī)的改進(jìn)，數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化，目前可以利用GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號進(jìn)行厘米級甚至毫米級的精度定位，米級甚至亞米級的動態(tài)定位，亞米級甚至厘米級的速度測量和毫微秒級的時間間隔觀測。在滑坡監(jiān)測方面，在水平和垂直方向，其精度可分別達(dá)1.5cm和3cm。由于具有全天候、可同時測量觀測點(diǎn)的三維位移、測站之間無須保持通視、經(jīng)費(fèi)低廉等優(yōu)點(diǎn)，在實時定位、導(dǎo)航和測速等方面的高效率、高精度、多功能，近幾年來許多國家競相利用GPS及GLNASS已有的系統(tǒng)，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的觀測與預(yù)報。

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C）地下剪切破壞形態(tài)監(jiān)測技術(shù)（TDR,TimeDomainReflectometer）。這是一種電子測量技術(shù)，最早應(yīng)用于電力和通迅工業(yè)上，用來確定通信電纜和輸電線路的故障與斷裂。在20世紀(jì)70年代后期和80年代美國礦業(yè)局廣泛采用了TDR技術(shù)尋找地下煤礦中的塌陷層。90年代以后，TDR技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)國家已開始在滑坡監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。用TDR監(jiān)測滑坡的優(yōu)點(diǎn)是價格低廉、檢測時間短、可遠(yuǎn)程訪問、數(shù)據(jù)提供快捷、安全性高。缺點(diǎn)是它無法確定滑坡移動量和移動方向。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

D）聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)。聲發(fā)射是坡體、工程結(jié)構(gòu)在破壞過程中材料內(nèi)部貯存的應(yīng)變能快速釋放產(chǎn)生彈性波的物理現(xiàn)象。通過監(jiān)測坡聲發(fā)射參數(shù)的變化可進(jìn)行早期預(yù)報崩塌、滑坡發(fā)生的時間。巖石的聲發(fā)射現(xiàn)象，最早是由于天然地震及礦柱塌陷所觀測到的自然現(xiàn)象，聲發(fā)射的研究歷史約有60年，由于20世紀(jì)60年代在金屬材料的斷裂機(jī)制和破壞預(yù)報方面取得了迅速發(fā)展，帶動了巖石聲發(fā)射的研究，70年代以來由于計算機(jī)的發(fā)展，使其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。在崩塌、滑坡的發(fā)生與發(fā)展過程中，總是伴隨著巖體應(yīng)變能的不斷積聚和釋放，而位移信息恰是這種變化與調(diào)整的宏觀體現(xiàn)，因此，聲發(fā)射信息超前于宏觀位移在理論上是顯而易見的。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

E）其他監(jiān)測技術(shù)。用于邊坡病害監(jiān)測的其他手段還有：用傾斜盤測邊坡地表的傾斜，用位移計測地表位移、用雨量采集器記錄降水量、用水位計測地下水等，這些技術(shù)的應(yīng)用均已較成熟，且日趨完善。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

地理信息系統(tǒng)（GIS）產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代。它是隨著人們對自然資源和環(huán)境的規(guī)劃管理工作的需要以及計算機(jī)制圖技術(shù)的應(yīng)用而誕生的，是一種對大批量空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析，并以多種形式輸出結(jié)果的計算機(jī)系統(tǒng)。國外尤其是發(fā)達(dá)國家，將GIS應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害研究方面已做了大量工作。從80年代至今，GIS技術(shù)的應(yīng)用也從數(shù)據(jù)管理、多源數(shù)據(jù)集數(shù)字化輸入和繪圖輸出，到DEM或DTM模型的使用，到GIS結(jié)合災(zāi)害評價模型的擴(kuò)展分析，到GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成，到網(wǎng)絡(luò)GIS，逐步發(fā)展擴(kuò)大應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，通過GIS與數(shù)值模型的結(jié)合，有效地建立適當(dāng)?shù)膮^(qū)域潛勢分級以及提高災(zāi)害預(yù)測的準(zhǔn)確度仍是今后研究的重點(diǎn)方向與發(fā)展趨勢。

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目前地質(zhì)災(zāi)害的研究主要在于災(zāi)害潛勢圖的劃定與災(zāi)害預(yù)報等的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評估，對某些地質(zhì)災(zāi)害因其具有明顯的復(fù)發(fā)性且緊鄰人類的活動發(fā)展區(qū)，這類的地質(zhì)災(zāi)害成為人們的關(guān)注和研究熱點(diǎn)，它包括地震、邊坡穩(wěn)定（崩塌和滑坡）、泥石流。因此關(guān)于崩塌、滑坡與泥石流的災(zāi)害潛勢圖之劃定與災(zāi)害預(yù)報是主要的研究熱點(diǎn)方向。

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C）災(zāi)害影響范圍的界定。災(zāi)害發(fā)生的延伸距離（runoutdistance），理論預(yù)測與實際擴(kuò)展距離與范圍仍有相當(dāng)?shù)牟罹?。這使得災(zāi)害影響范圍的劃定仍缺乏實用性。D）災(zāi)害預(yù)報的準(zhǔn)確性。盡管可靠度分析提供了災(zāi)害預(yù)報的科學(xué)分析的理論依據(jù)，然而它仍需通過實踐過程加以完善。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（3）地質(zhì)災(zāi)害的研究目標(biāo)與問題A）數(shù)學(xué)模型與GIS的整合。由于各地區(qū)的人文與自然條件各不相同，使得選用的研究參數(shù)與數(shù)學(xué)模型也各不相同，如何有效建立適當(dāng)?shù)臐搫莘旨壟c影響范圍，仍需進(jìn)一步討論和研究。B）實際應(yīng)用的案例不足。盡管許多模式已投入使用，但仍需相當(dāng)時間（或者說下一次災(zāi)害再次發(fā)生），才能了解現(xiàn)行模式的缺陷，以此進(jìn)行反饋修正，以完善災(zāi)害評估模式

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com第五節(jié)地質(zhì)勘探技術(shù)

20世紀(jì)70年代以前，普遍認(rèn)為我國的勘察技術(shù)水平低、設(shè)備落后、周期長、成果不能完全滿足設(shè)計、施工的需要。根據(jù)研究資料，我國工程勘探指數(shù)在同類巖石地區(qū)至少高出國外33％~75％。如下表。其中1為在石灰?guī)r地區(qū)；2為在沉積巖區(qū)；3為在變質(zhì)巖地區(qū)晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

從20世紀(jì)70年代末至80年代初期，我國陸續(xù)引進(jìn)了一批先進(jìn)的勘探設(shè)備和技術(shù)，結(jié)合工程建設(shè)實際需要，開展了關(guān)鍵技術(shù)的重點(diǎn)科技攻關(guān)，取得了很多的成果。80年代，一些國家在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)領(lǐng)域新技術(shù)新方法的研究、開發(fā)和應(yīng)用方面取得了較大的進(jìn)展，除了深化和完善常規(guī)技術(shù)方法外，還開發(fā)了許多高新技術(shù)，如熱紅外遙感找水及污染探測、淺層地震橫波及瑞利波勘查技術(shù)、巖土體破裂過程聲發(fā)射測量及處理技術(shù)、地面與井中地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)、彈性波和電阻率成像技術(shù)、高密度電阻率測量技術(shù)、地面及井中高精度重力測量技術(shù)、電（核、聲、熱）數(shù)字測井技術(shù)、核磁共振找水技術(shù)、高精度多波段熱紅外遙感技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)、數(shù)學(xué)模擬和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、3S技術(shù)、計算機(jī)虛擬試驗技術(shù)等等。新技術(shù)、新方法的應(yīng)用不僅滿足了水利水電工程建設(shè)的需要，而且還促進(jìn)了水利水電工程技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

以長江三峽工程建設(shè)為例，為了深入研究和正確回答三峽工程有關(guān)的重大地質(zhì)問題，充分、適時、恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用先進(jìn)勘探技術(shù)手段和方法是一項關(guān)鍵的措施，如區(qū)域穩(wěn)定性和地震活動性研究中所采用的庫首區(qū)及主要斷裂的形變測量、專用微震監(jiān)測臺網(wǎng)、人工地震測等；航天和航空遙感技術(shù)及地理信息系統(tǒng)，在區(qū)域構(gòu)造背景和主要斷裂調(diào)查、土地資源和移民環(huán)境容量調(diào)查、庫岸穩(wěn)定性研究及崩滑體調(diào)查中起到了關(guān)鍵性作用；從瑞典引進(jìn)的深孔地應(yīng)力測量裝置、計算機(jī)層析技術(shù)（CT）應(yīng)用、路易斯和紐曼裂隙巖體滲透性試驗、塊體理論、裂隙網(wǎng)絡(luò)模擬、裂隙糙度測量、巖芯定向取芯、二維（三維）地質(zhì)力學(xué)模型等，在壩區(qū)工程地質(zhì)問題研究中起到了重要作用。高新勘探技術(shù)的開展、引進(jìn)和應(yīng)用大大地提高了地質(zhì)研究和勘查工作的效率與質(zhì)量，為認(rèn)識和解決地質(zhì)問題提供了堅實的基礎(chǔ)。此外，在過去的幾個五年計劃中，通過設(shè)備引進(jìn)、技術(shù)攻關(guān)，取得許多成果，滿足了工程建設(shè)的需要，促進(jìn)了有關(guān)學(xué)科的相應(yīng)發(fā)展。

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三峽、二灘、魯布革等工程通過攻關(guān)對壩基巖體和地下洞室圍巖研究，不僅解決了可利用巖體標(biāo)準(zhǔn)和穩(wěn)定性評價問題，形成了全國通用的“壩基巖體工程地質(zhì)分類”和“圍巖工程地質(zhì)分類”標(biāo)準(zhǔn)，而且還納入國標(biāo)BB50287－99《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》等等。一般可歸納為六個方面對地質(zhì)勘探技術(shù)的當(dāng)前水平和國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀作概況性論述。它們是：鉆探新技術(shù)、地質(zhì)技術(shù)、工程地質(zhì)數(shù)值分析與計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用、遙感與信息技術(shù)、工程物探技術(shù)及關(guān)鍵勘測技術(shù)的發(fā)展方向與工程應(yīng)用。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com1、裂隙巖體各向異性滲透參數(shù)測定技術(shù)

裂隙巖體各向異性滲透系數(shù)指標(biāo)包括巖體滲透系數(shù)張量、結(jié)構(gòu)面當(dāng)量滲透系數(shù)、結(jié)構(gòu)面滲透系數(shù)等，它們是研究巖體地下水運(yùn)動問題的非常重要參數(shù)。大中型水利水電工程的地基基礎(chǔ)、邊坡和洞室的安全和穩(wěn)定性大多與巖體地下水運(yùn)動有關(guān)，尤其是結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特性往往對這些工程整體的安全和穩(wěn)定性起著控制性作用。因此，裂隙樣本法、三段壓水試驗法等裂隙巖體各向異性滲透參數(shù)測定技術(shù)的發(fā)展是工程建設(shè)的需要。

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（1）裂隙樣本法。裂隙樣本法以單裂隙中地下水運(yùn)動的立方定律為基礎(chǔ)，以巖體裂隙結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、隙寬、隙間距的為要素，并根據(jù)巖體裂隙面的幾何要素的測量值計算巖體滲透系數(shù)張量。運(yùn)用裂隙樣本法技術(shù)，計算得到的長江三峽工程永久船閘高邊坡裂隙巖體各向異性滲透參數(shù)列于下表。

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（2）三段壓水試驗法。三段壓水試驗是測定一條裂隙的滲透系數(shù)或含一組裂隙巖體的當(dāng)量滲透系數(shù)的方法。其原理是垂直或近于垂直所研究裂隙組鉆孔，以便盡可能少地遇到其他方向的裂隙；在所選定的試段兩端，各增加一個輔助壓水段，三段之間用栓塞分隔，中心段（試段）、單獨(dú)供水；在鉆孔附近巖體，于試段中心處設(shè)一測壓點(diǎn)，量測該點(diǎn)裂隙面上的水頭變化。試驗時，三段以同一壓力供水，這樣就保證了試段內(nèi)水流為平行流，即可用承壓水穩(wěn)定流或非穩(wěn)定流公式計算含一條裂隙的單位長度為1m巖體的當(dāng)量滲透系數(shù)Ken。長江三峽工程永久船閘高邊坡裂隙巖體三段壓水試驗成果列于下表。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com2、邊坡攝像快速地質(zhì)編錄技術(shù)

邊坡攝像快速地質(zhì)編錄技術(shù)是國家“八五”重大科技攻關(guān)項目成果，已經(jīng)在三峽、溪洛渡、水布埡等工程中獲得應(yīng)用，是一項新的地質(zhì)技術(shù)，也是邊坡攝像快速地質(zhì)編錄技術(shù)是工程攝影測量的一個非常重要的分支。

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邊坡攝像快速地質(zhì)編錄技術(shù)與傳統(tǒng)人工編錄相比較，明顯具有信息豐富，速度快，成本低，精度高等優(yōu)越性。具體表現(xiàn)：①豐富的地質(zhì)信息量，快速編錄所提供的邊坡經(jīng)幾何校正的彩色影像圖，圖像清晰，所反映的詳細(xì)的坡面形態(tài)、巖性、風(fēng)化、構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、表層含水和排水情況等豐富的信息與細(xì)節(jié)，都是人工編錄無法比擬的；雖然，照片和錄像可提供類似細(xì)節(jié)，但由于幾何上的歪曲，無法作為數(shù)據(jù)資料供設(shè)計使用；②快速性，快速編錄速度上的優(yōu)越性，在生產(chǎn)實踐中得以充分體現(xiàn)，按我們多次統(tǒng)計，針對150m長、20m高的邊坡運(yùn)用快速編錄需要的人力和時間如下：布控制點(diǎn)2人、攝像1~2人、測量2人，共6人工作半天，3個工日即可完成，大大優(yōu)于人工編錄。③高幾何精度，體現(xiàn)在：按512×512采集10m長邊坡，那么每個像素為2cm，高精度的圖像校正，匹配算法可以使誤差控制在單個象素以內(nèi)，這種精度完全可以滿足地質(zhì)編錄的需求。該技術(shù)的應(yīng)用一般有4個步驟：①野外布控制點(diǎn)，攝像和測控制點(diǎn)坐標(biāo)；②室內(nèi)圖像處理；③野外地質(zhì)解譯；④室內(nèi)資料整理成圖。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com第六節(jié)國內(nèi)外巖土工程的研究差距與展望1、巖土工程建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展問題

作為經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的發(fā)展中國家，我國在巖土工程建設(shè)的范圍、規(guī)模方面在世界上名列前茅。但是關(guān)于巖土工程的理念，即對巖土工程與資源、環(huán)境、生態(tài)的友好與協(xié)調(diào)，巖土工程的可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)識，無論是決策者還是技術(shù)人員還比較片面。例如，對于大型水利工程可能引發(fā)的巖土方面的地質(zhì)災(zāi)害和巖土環(huán)境與生態(tài)影響；地下工程及深基坑施工和運(yùn)行中對于地下水及由此引起的生態(tài)問題；固體、液體廢棄物對于地下水的污染等方面重視不足。地下工程在環(huán)境和生態(tài)方面的優(yōu)勢沒有受到普遍的重視。我國在巖土工程長期習(xí)慣于確定型的思維和設(shè)計方法，基于風(fēng)險分析和可靠度設(shè)計的理念尚未受到足夠的重視。

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21世紀(jì)初期是我國實同社會主義現(xiàn)代化第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵時期，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境將面臨嚴(yán)峻的考驗和必須努力得到控制和改善。吸取國外發(fā)達(dá)國家的歷史經(jīng)驗和教訓(xùn)，我國巖土工程除了進(jìn)行一般的巖土工程設(shè)計施工外，也應(yīng)當(dāng)注意環(huán)境巖土、巖土與生態(tài)環(huán)境、巖土與資源及巖土工程的可持續(xù)發(fā)展等問題。由于我國人口眾多，包括水資源在內(nèi)的天然資源短缺，環(huán)境污染嚴(yán)重，并有進(jìn)一步加重的趨勢。而不良的自然地理條件使我國大部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境比較脆弱。近20年來高速發(fā)展的土木工程建設(shè)，大大促進(jìn)了巖土工程的發(fā)展，提高了我國巖土工程理論和實踐的水平。但對于自然環(huán)境和生態(tài)的干擾和影響也不容忽視。在今后20年我國的巖土工程者任重道遠(yuǎn)，改變傳統(tǒng)的巖土工程理念，提高科技綜合水平和管理水平，實現(xiàn)巖土工程的經(jīng)濟(jì)、安全和可持續(xù)發(fā)展將是迫切而艱巨的任務(wù)。

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我國不同地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害有所不同，有些區(qū)域相當(dāng)嚴(yán)重。地質(zhì)災(zāi)害具有地域性，且地質(zhì)災(zāi)害的分布通常相當(dāng)廣泛，這使得我國政府不可能投入巨資來全面有效治理地質(zhì)災(zāi)害，因此，分區(qū)重點(diǎn)防治并結(jié)合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建立是未來處理地質(zhì)災(zāi)害問題的主要可行方法。通過災(zāi)害歷史資料的搜集與可靠度分析建立預(yù)警基準(zhǔn)的研究是正確的途徑。

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國內(nèi)外工程界在社會日益強(qiáng)烈的關(guān)注下，已在工程建設(shè)中逐步采取了保護(hù)環(huán)境和生態(tài)的具體行動。例如，英吉利海峽隧道英國一側(cè)井口段，洞頂覆蓋軟弱、松散的巖層、厚度不大，很難成洞。為了保護(hù)環(huán)境和生態(tài)，采取了明挖路塹、制作混凝土洞身后再回填成原來的地形的辦法。同時在施工之前就將山丘表面的樹木移植別處，采集了那里的草本植物種子，人工培育成苗。山丘地表復(fù)原后，再將這些草、木按原樣移植回去。我國青藏鐵路的建設(shè)中，已經(jīng)將保護(hù)環(huán)境和生態(tài)列為首任務(wù)，例如專題研究保護(hù)凍土層，為黃羊的遷徙開設(shè)專用通道等。如果說大中型工程項目的選擇、立項是政治、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素綜合評價的結(jié)果，是政府和行政當(dāng)局的決策行為，工程決定后如何在設(shè)計和施工中盡量叛亂少工程對環(huán)境和生態(tài)的不利影響，當(dāng)然是建設(shè)者不可推卸的責(zé)任?？梢哉f環(huán)境保護(hù)和維持生態(tài)平衡與保證安全、節(jié)約投資一樣，逐漸成為巖石工程設(shè)計需要遵循的原則之一。巖石力學(xué)為工程服務(wù)的同時，如何幫助對環(huán)境和生態(tài)的消極影響減小到最低限度？分析大量工程實際經(jīng)驗可以初步歸納出以下幾條。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（1）在滿足工程需要的同時要盡量減少開挖

巖石工程要減少對環(huán)境和生態(tài)的影響，主要還是要盡量減少天然巖體（山體）的開挖。工程設(shè)計的一般原則是既要保證工程安全可靠又要經(jīng)濟(jì)合理。從經(jīng)濟(jì)的原則出發(fā)，設(shè)計中本來就應(yīng)當(dāng)盡量減少工程量（巖石開挖量）。然而單純從眼前局部的經(jīng)濟(jì)效益來看，如果將巖體開挖掉的費(fèi)用比保留巖體的費(fèi)用（比如加固巖體的費(fèi)用）低——在以人工為主的施工條件下常常如此，所做的選擇當(dāng)然還是挖掉；但是，從社會整體的長遠(yuǎn)利益考慮，為了保護(hù)環(huán)境與生態(tài)，即使要多花一些錢，也應(yīng)當(dāng)盡量不挖或少挖。問題是：既是巖石工程必然要開挖，不開挖就不成其為巖石工程了，怎樣能夠減少開挖呢?晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com

分析開挖的目的，可分為兩類：一類是為滿足建筑物一定的幾何形態(tài)和尺寸要求而進(jìn)行的開挖，修筑道路要開挖出一定的寬度和長度，還要滿足高程上的要求；地下洞室工程需要達(dá)到空間尺寸的要求；各種基礎(chǔ)工程都要滿足建筑物尺寸的需要。另一類是，建筑物周圍保留下來的巖體如果不能承受建筑物給與它的荷載并保持長期穩(wěn)定，一個經(jīng)常采用的辦法就是“挖除”，如果需要，再換上混凝土或其他人工材料。因此，為了盡量減少開挖，一方面應(yīng)在優(yōu)化建筑物的幾何形態(tài)和減小尺寸上下功夫，另一方面要盡量保護(hù)、增加巖體的承載能力，即加固巖體，避免采用簡單的挖除辦法。晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（2）多開洞少挖邊坡

經(jīng)驗表明，在許多場合下采用洞室結(jié)構(gòu)代替明挖邊坡有很大優(yōu)越性，例如用公路隧道代替傍山削坡成的公路、引水隧洞代替順山坡開挖成的明渠以及地下廠房代替坡上布置的明廠房，由于線路短、開挖斷面小，開挖量會大大減少，除了進(jìn)、出口地段外，基本上不會破壞地表的土壤和植被。硐室圍巖一般多處于切向受壓應(yīng)力狀態(tài)，比起開挖卸荷后多處于拉應(yīng)力狀態(tài)的邊坡巖體來其穩(wěn)定性更容易得到保證和長期保持。在高山峽谷地區(qū)更是這樣，如順著高而陡峭的山坡開挖邊坡，不僅工程量很大，而且往往會擾動沉睡已久的天然古滑坡，其中一些規(guī)模以億m3計（2000年4月西藏易貢藏布江滑坡達(dá)2.8億～3.0億m3），任何工程措施都難以阻止。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com某些西部調(diào)水的建議方案要沿著高差逾千米的山坡開挖幾十公里長的渠道。可以預(yù)言，滑坡和邊坡穩(wěn)定問題將成為這類方案難以克服的弱點(diǎn)。當(dāng)然，洞室工程也有它的困難問題，例如：長隧洞的地質(zhì)勘探問題、施工技術(shù)問題（工作面太少），大斷面、高邊墻洞室穩(wěn)定性問題，深埋隧洞高地應(yīng)力場作用下成洞條件問題（巖爆、斷面壓縮等），還有地震、地?zé)?、涌水、泥石流等。解決這些困難問題也正是環(huán)境和生態(tài)保護(hù)、向巖石力學(xué)提出的更高要求。20世紀(jì)50～60年代建寶成鐵路時只能采用盤山道的方式越過秦嶺，現(xiàn)在巖石力學(xué)和隧洞工程技術(shù)進(jìn)步了可以打長隧道通過。許多老公路、鐵路的改建，都是采用隧道取直的方案。工程建設(shè)的需要正是巖石力學(xué)發(fā)展、提高的目的和動力。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（3）多勘探多研究，加深認(rèn)識巖體，減小不確定性巖石工程突出的特點(diǎn)是來源于對地質(zhì)條件、巖體性狀認(rèn)識的不確定性，這種不確定性往往造成設(shè)計中采用過于保守的參數(shù)和條件、保留過大的安全裕度，從而增加了巖石開挖。所以，為了減少巖石開挖量、減少工程對環(huán)境和生態(tài)的擾動和破壞，應(yīng)當(dāng)盡量加深對巖體的認(rèn)識、減小認(rèn)識巖體性狀和承載能力上的不確定性，不能滿足于了解巖體可能具有的最小承載能力，要力求弄清其可能達(dá)到的限度，以充分發(fā)揮天然巖體的潛力，確定在經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)改造加固巖體所能達(dá)到的限度，從而在設(shè)計中增大可靠度，減小對安全裕度的要求，減少不必要的開挖工程量。可以從以下兩方面著手。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（A）工程前期工作盡量做細(xì)

主要是指工程施工以前的地質(zhì)勘探和巖石力學(xué)試驗研究。為了減小巖石工程中的不確定性、盡量減少巖石開挖工程量及其對環(huán)境和生態(tài)的消極影響，應(yīng)當(dāng)對工程前期的地質(zhì)勘探和巖石力學(xué)試驗研究工作提出更高的要求，盡量把工作做細(xì)一點(diǎn)，給予足夠的時間和經(jīng)費(fèi)，并以技術(shù)法規(guī)（規(guī)范）的形式固定下來。從技術(shù)上看，這更高的要求主要是不能滿足于對一個工程場址天然巖體情況的大致、平均的認(rèn)識，而應(yīng)對其中各部分巖體的優(yōu)、劣做出區(qū)分來，努力弄清工程巖體總體及其各部分承載能力可能達(dá)到的限度。當(dāng)然，這種更高的要求也需要根據(jù)工程建設(shè)階段的發(fā)展而逐步實現(xiàn)。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（B）充分利用施工地質(zhì)和性狀監(jiān)測提供的信息

增加勘探和試驗工作量只能在合理的范圍內(nèi)，數(shù)量總很有限，以后遇到未預(yù)想到的問題總是免不了的，有的情況下即使想多做些，也難以進(jìn)行，例如深埋長隧洞的情況。但是施工開挖后，巖體內(nèi)部情況不斷被揭露，超前進(jìn)行的施工地質(zhì)勘探和預(yù)先埋設(shè)的監(jiān)測儀表可以對巖體在這個過程中發(fā)生的性狀變化提供寶貴的信息。及時分析并充分利用這些信息，對工程巖體的穩(wěn)定狀態(tài)做出判斷和預(yù)測，可以在施工階段對設(shè)計和施工方案作必要的調(diào)整，從而可以在一定程度上減少設(shè)計階段由于認(rèn)識巖體上的不確定性而采取的附加工程措施。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com比如說可以做這樣的具體安排，即在設(shè)計階段針對巖體不確定的因素（例如某組節(jié)理的密度和連通率、某個重要的力學(xué)參數(shù)等）做出幾種估計：對巖體穩(wěn)定性有利情況中等情況和不利情況等，據(jù)此提出不同的設(shè)計、施工方案。按其中中等情況（或最大可能的情況）做招標(biāo)設(shè)計并施工。開挖后及時掌握、分析超前勘探資料和預(yù)埋儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)，對下一開挖梯段（循環(huán)）巖體的情況（特別是那不確定因素）做出判斷，如果比原來采用的好，則將設(shè)計、施工方案向下調(diào)整，減少加固、支護(hù)措施；反之，則向上調(diào)整，增加加固、支護(hù)措施，這就是動態(tài)設(shè)計方法。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（4）多加固少挖除，充分保護(hù)和利用巖體的自穩(wěn)能力和承載能力

經(jīng)過地質(zhì)調(diào)查、評價或者通過巖石力學(xué)分析和論證，如果工程巖體的力學(xué)性能較差，不能安全有效的承擔(dān)工程荷載（如大壩的荷載）或者自穩(wěn)能力不足，不能作為建筑物穩(wěn)定可靠的環(huán)境（如地下洞室圍巖和渠道的邊坡），這時，為了保護(hù)環(huán)境和維持生態(tài)平衡，最好盡量采取加固而不是挖除的辦法來解決質(zhì)量欠佳巖體的問題，也就是說要盡量發(fā)揮巖體的自穩(wěn)能力和承載能力的潛力。實現(xiàn)多加固少開挖這一原則，實際工程中有下述3種情況：

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（A）危巖體的處理

風(fēng)化、軟弱巖體或被斷層、節(jié)理切割的破碎巖體，在開挖擾動、產(chǎn)生新的臨空面后容易形成危巖體或不穩(wěn)定塊體，對它們采用加固措施常常比簡單地挖除有利。例如三峽雙線五級船閘閘槽開挖中遇到了切割形成的不穩(wěn)定塊體，如果采用了挖除方案，不但要回填大量混凝土，還有可能導(dǎo)致后面的巖體進(jìn)一步開裂不穩(wěn)。采用了預(yù)應(yīng)力錨索加固后就沒有發(fā)生問題了。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（B）邊坡盡量挖陡一些

巖石邊坡開挖中一個最重要的指標(biāo)就是選取開挖坡度，當(dāng)邊坡巖體中存在軟弱、破碎

或不穩(wěn)定巖體，常常采用減小坡度的辦法增加邊坡穩(wěn)定性。這對于比較均質(zhì)的土坡來說是很有效的，對于巖石邊坡，由于巖體本身的自穩(wěn)能力很高，影響其穩(wěn)定性的只是其中的軟弱層帶、大的斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等，只需針對這些局部問題進(jìn)行加固處理，邊坡的坡度仍然可以保持很陡。不加區(qū)別地普遍放緩坡度不僅會增大開挖量，而且會挖掉地表的覆蓋土層、破壞大片植被。如果工程部門不進(jìn)行巖石力學(xué)研究，不理會采用巖體加固技術(shù)的作用和好處，把盡量放緩邊坡坡度作為解決滑坡問題的一條普遍經(jīng)驗，其結(jié)果當(dāng)然是既不能有效地控制滑坡的發(fā)生，又給環(huán)境和生態(tài)造成傷害。

晏鄂川前沿講座yecyec6970@163.com（C）壩基（基礎(chǔ)）的建基巖面

為了將大壩壩基或其他重要建筑物的基礎(chǔ)坐落在比較堅硬、完整的基巖上，一般要將覆蓋層和上部風(fēng)化、破碎的巖體挖除，習(xí)慣上要挖到新鮮巖體為止，大的斷層也要像動外科手術(shù)似的挖除到一定深度，再換填以混凝土，形成混凝土塞子。這里也有潛力可挖，即作為基巖要求巖體有足夠的承載能力，它體現(xiàn)在巖體的強(qiáng)度指標(biāo)和變形指標(biāo)上，只要強(qiáng)度

指標(biāo)和變形指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求，或者不低于作為替代物的混凝土的指標(biāo)，就應(yīng)當(dāng)保留在

基礎(chǔ)中不要挖掉，而不必