地质灾害预警预报参考资料地质灾害防治工程设计与施工Word格式文档下载.docx
- 文档编号:8685215
- 上传时间:2023-05-12
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:77.44KB
地质灾害预警预报参考资料地质灾害防治工程设计与施工Word格式文档下载.docx
《地质灾害预警预报参考资料地质灾害防治工程设计与施工Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地质灾害预警预报参考资料地质灾害防治工程设计与施工Word格式文档下载.docx(20页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
(1)地质灾害范围内可能造成的直接经济损失,包括直接破坏的土地、房屋设施、工矿企业、工程设施、公路、铁路、桥梁、输电、通讯线路、各种管道、河道、水源、水库等水利设施、文物古迹和人文景观等;
(2)地质灾害范围内可能造成的间接经济损失主要包括工矿停产、减产、产品积压、农业减产、商业旅游业下降、交通中断、通讯中断、能源中断和物价上涨等;
(3)威胁人员及可能造成人员伤亡数;
(4)社会伤害,包括对社会人群产生的影响,如公民心理恐慌、治安状况下降、投资信誉降低、社会保障下滑和不良政治影响等。
(5)环境损失,包括对自然环境、生态环境和地质环境的损失。
地质灾害防治的决策思路
地质灾害本身及其防治工程是一个很复杂的系统工程,它需要决策层从时间进展、逻辑顺序和科学技术要求等三方面来论证,这里引用霍尔(Hall.A.D,1969)提出的三维结构来说明。
霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维三个方面。
表5-1地质灾害防治工程等级的确定
工程
等级
工程投资
(万元)
威胁人数
预测保护财产
危害地域或工程设施
A级
(一级)
>3000
>30000
特大大城市;
国家大型厂矿企业;
巨型工程水利设施;
重点交通通讯、能源干线;
国家级开发项目等。
B级
(二级)
1000~3000
10000~30000
大城市;
大型厂矿企业、大型工程水利设施;
重要交通、通讯、能源干线;
省级开发项目等。
C级
(三级)
500~1000
5000~10000
中等城市或县城;
中等厂矿企业;
中等工程水利设施;
交通、通讯、能源干线;
市级开发项目等。
D级
(四级)
100~500
1000~5000
乡、镇所在地;
重要居民点;
小型厂矿;
小型工程水利设施、县级交通工程等。
(1)时间维是指系统工程从规划到峻工的基本阶段或程序划分;
(2)逻辑维是指系统工程的每个阶段所要完成的工作步骤;
(3)知识维是指完成上述各项工作所需求的各种科学与技术素养。
现以长江三峡链子崖危岩体重大地质灾害整治工程的决策为例予以简要说明。
链子崖整治工程的时间维包括地质调查与立项、工程地质勘查、危岩体整治工程可行性研究、整治工程方案设计、整治工程施工设计、整治工程施工、地质工程监测信息反馈与设计调整或变更等。
链子崖整治工程的逻辑维应表述各个阶段。
虽然各阶段的内容各有不同,但对每个阶段一般应考虑:
问题的提出、性质与范围、每个阶段的目的与基本标准(合乎规范)、满足规范条件的系统分析、系统建模、综合的系统设计和各阶段的地质信息反馈。
链子崖整治工程的知识维包括大系统工程学的知识,如系统科学、控制论、信息论和运筹学、工程地质学及其相关的地学分支、力学、非标准工程设计、社会科学与计算机技术等。
2工程方案论证的地质观与工程观
地质灾害防治理论研究是当前亟待重视的一个重要方面。
据估计,因缺乏正确理论指导而造成的潜在损失达地质灾害防治工程投资的20%~30%(孙广忠,1996)。
目前,我国已有地质灾害勘查、防治工程可行性论证、工程设计与施工及监测等的初步经验,但相应各阶段的理论仍未成熟,也即理论落后于防治工程实践的需要。
作者多年来的工作体会是,具有特殊性的重大地质灾害事件的研究与防治工程实践是建立普适性的地质灾害防治工程理论的基础。
问题的提出
一个突出的问题是,究竟以地质研究为主线并参与确定工程方案,还是象以往一样,工程地质勘察完毕以后,地质研究人员就不再介入设计工程师的工作。
我国地质灾害防治工程的现状是,工程咨询论证中往往出现地质专家与工程专家各执一词的现象,其原因一方面是勘查阶段地质研究工作不可能全面或无法深入,工作结论有不确定性;
另一方面是参与此项工作的地质专家和工程专家知识与经验的局限,甚至还涉及他们的工作态度,最后给管理部门正确及时地决策造成极大困难和资金、时间的浪费。
这就提出了应该坚持什么样的地质观,什么样的工程观,二者又应如何结合的问题。
很显然,一批学术造诣精深的前辈在我国地质灾害防治工程事业的探索中起着重要的导向和开拓作用。
他们根据各自的学术专长、工程或地质经验与知识结构,先后提出了一些指导观念,比较系统的观点如地质工程(孙广忠,1984,1992,1993,1996)、工程地质体控制论(梁炯鋆等,1992)、地质灾害立体防治系统(卓宝熙,1994)、变形体系论(余雨之,1995)和岩体工程稳定性系统(孙玉科,1996)等。
在年轻一代中,也已有一些思路在实践中起了一定作用,如地质灾害防治工程学(刘传正,1994,1995,1996),它是基于地质灾害体变形破坏机理分析而提出的,主要内容包括指导地质灾害防治工程方案论证的七个原则和工程设计过程的七个观念。
上述观点基本都是强调从地质体的特性去论证工程方案的,是抓住了问题的本质的。
不足之处是其观念性较强,内容和工作方法却很不具体,实际应用中的针对性和可操作性较差。
理论研究的薄弱导致了两种倾向,一是过分强调了地质分析,而工程意识不够,未能从结构力学的角度去研究地质体变形破坏的本质,反而导致地质分析为工程服务的针对性不足,实质上削弱了地质意识;
二是过分强调了工程观念,未把地质体作为一种具有自稳性和自组织性的工程结构对待,忽视了人为设计的工程结构与地质体原有结构的耦合作用,工程设计标准过高,工程量太大而又不能把握住工程重点,造成资金的极大浪费,导致即使是“成功的设计”,仍然是“失败的战略”。
问题的症结在于工程方案论证中对各个工程单元的相互关系考虑不足,不理解这种考虑当然应是寓含于各个工程单元之中的,而不是表面上的文字陈述。
因此,应该提出的正确理论命题是,地质灾害防治工程的指导理论是地质观与工程观两种观念的最佳耦合,是地质专家与工程专家的优势互补,这种互补应是自觉的,而不是陷入浮浅的争论却不能自拔的。
地质观的核心问题是地质体变形破坏力学机理的正确分析与超前预测,工程观的核心问题是防治工程方案的比选优化及其对施工反馈的相对灵活的可调整性或称可变更性。
地质观的核心问题
从实施防治工程的角度看问题,地质灾害体的勘查与研究内容包括地质灾害体的环境条件、自身结构特征、变形破坏特征、影响因素分析和确定变形破坏力学机理,以及建立在机理分析之上的稳定性评价和监测工程布置。
这个阶段的核心内容是确定变形破坏力学机理,它是正确建立地质力学模型的最根本基础。
变形破坏力学机理分析绝不是控制性和影响性因素的罗列,而是找出以控制性因素为基础条件,地质体是如何在影响因素作用下,发展成现有格局的,并预测其未来的发展趋势是什么,为优选治本的工程方案作准备。
研究思路是,观察现象—描述事实(包括监测内容)—分析控制因素和影响因素—确定变形破坏力学机理,最后才是选定合适的稳定性评价方法。
那种拿到剖面就进行计算的工作方法是不懂得辩证唯物论的认识论的,因为他们不懂得把实践提到第一的地位。
他们的工作当然是很难解决实质问题的,不管其表面看起来是多么有水平,多么让从事地质灾害防治工作的“新手”羡慕不已!
地质灾害体变形破坏机理的研究应抓住以下几个方面:
(1)地质体变形破坏特征是变形破坏机理的外在表现;
(2)地质灾害发生发展的控制因素和影响因素是变形破坏机制的内外因;
(3)地质体的结构构造特征是控制变形破坏机理的基础条件;
(4)地质灾害体的概念模型和力学模型的抽象源于正确的破坏机理分析;
(5)地质体稳定性评价及其趋势预测源于正确的破坏机理分析,只有破坏机理分析正确,才能保证确定的力学模式正确,从而选定或创立适用的计算方法;
(6)变形破坏机理分析正确,才具备进入工程方案论证阶段的基础,才能使选定的工程方案具有针对性,也才能做好概念设计,才能最终使工程布置和施工程序等走向可逐步优化的最佳程式。
否则,将陷入工程方案论证不下去,反复讨论地质条件及破坏模式而不深入的“炒夹生饭”的恶性循环中。
已有的工作已出现多次这种实例,导致时间、财力乃至精力的极大浪费。
不同的地质灾害类型,其变形破坏机理是极不相同的,如滑坡的发生机理就可粗略分为牵引式的和推移式的。
确定了变形破坏机理是倾倒式、滑移式还是平面转动式,是后缘推动滑移式,还是前缘牵引滑移式,抑或是多种方式并存,从而采用不同的工程方案。
不进行机理分析而机械地套用所谓的“先进的”计算方法是盲目的。
进行了机理分析而不深入、不准确,抑或是似是而非的,自然抓不住问题的实质,采用了即使是复杂而高深的计算方法也变成了游戏,也解决不了看似简单的问题,尽管有关人员的初衷可能并非如此。
相反地,作者的经验是,地质体破坏机理分析的正确,概化的地质力学模型正确,就可以立足于用看似简单的计算方法去解决看似复杂的问题,因为抓住了问题的根本,而只是忽略了枝节。
长江鸡扒子滑坡、万县豆芽棚滑坡、长江三峡链子崖危岩体、乌江鸡冠岭山崩和宝鸡狄家坡滑坡等的研究、论证或工程治理都是这方面的实例。
一个原则性结论是,不管技术科学是如何的进步,对地质灾害现象之发生本质(机理)的认识正确,将永远是第一位的,是决定性的。
工程观的核心问题
在地质灾害体变形破坏机理确定正确的前提下,防治工程方案的比选优化就成为可行性研究阶段的核心问题。
慎重选定的最优方案是指导工程设计和施工反馈调整的根本文件,是地质灾害防治工程特殊于其它建设工程的关键,也是方案论证处于防治工程阶段核心地位的原因所在。
2.3.1一般思路
论证地质灾害防治工程方案要处理好主干项目与单元项目的关系,即处理好整体与局部的关系,即从整体出发,进行各分单元的研究,单元成为整体综合的定性或定量依据,而整体的综合分析结论又给单元研究以正确导向。
任何一项工程设计总是先从整体出发,深入分析到各个局部(单元),再综合回到整体,并且多次地按照这样的循环过程逐步深化,基本要求是完善的全方位论证。
最终提出多因素、大规模、层次复杂和动态综合的地质灾害防治工程方案,这是符合多级螺旋上升的认识论的。
应强调,分散和综合都有创造的问题,但局部地段(分散单元)方案的创造要服从于整体。
此阶段,设计工程师对地质灾害体特征及其环境的深刻理解至为重要。
在防治工程方案确定以后,初步设计和施工图设计的原则就是研究如何准确地实现方案的意图。
这种设计当然是一种无样板设计。
从满足或实现地质体稳定的要求出发,进行要求目标下的适应性设计或可变更性设计。
建立计算机之设计支持系统是地质灾害防治工程的一个重要方面。
研究这个方面,应该也只能是在下述条件的前提下进行,即必须具备强有力的地质学知识结构、结构力学知识结构和工程知识结构等作为支撑系统,否则,必然走向“形似而神非”的怪圈而不能自拔。
因此,从事地质灾害防治工程工作的地质师和设计师,都不同程度地存在着知识结构更新或调整的问题。
在同样的社会物质条件下,要卓越地完成一处地质灾害防治工程,应该强调管理者、设计者、监理者和施工者以及监测者等几方面的业务素质、个人性格、修养、协作精神和社会责任心等方面的重要作用。
2.3.2方案设计论证的指导观念
兵法曰:
“自古不谋万事者,不足谋一时;
不谋全局者,不足谋一域”。
故有“利全局大势为上,谋全局大势为本”。
对一处重大而复杂的地质灾害体的研究、防治工程方案设计和施工反馈分析,既要探求该地质体变形破坏的全过程特征,以足认清其一时的发展特征甚至是异常变化的本质,同时又要分析灾害体自身构成,不同组成部分的异常现象,整体和局部各自的空间边界条件,以确保把握住全局。
绝不能从局部出发而有意识,抑或是无意识地削弱对整个地质体环境的全方位认识,造成“瞎子摸象”或“只见树木,不见森林”的错误。
在施工前,地质灾害防治工程设计的根本核心确实是方案设计。
为搞好此工作,作者曾提出了地质灾害防治工程方案设计研究的七个设计观念和七个工作原则(刘传正,1995)。
经过多年的实践,看来这些理论观念是成立的。
七个设计观念包括:
现场或原位设计、计算分析设计、系统综合分析设计(实质上是一种概念设计)、代偿设计、二次反馈设计(监理设计)、可靠性设计和计算机辅助设计等;
七大设计原则包括地质原则、效益原则、技术原则、目标原则、整体优化原则和环境原则等。
这些观念或原则当然不是可以分阶段连续进行的,而是相互交叉,并在不同阶段有所侧重的。
实践证明,在实施一处地质灾害防治工程方案研究和优化设计时,切实而不失灵活地遵循上述设计观念和工作原则是能取得良好效果的。
在上述理论思想中,最特殊地适用于地质灾害防治工程设计,而又最不好把握的观念是代偿设计,因为它必须在地质原则和初始反馈设计、计算分析等正确的前提下进行。
代偿设计要求设计者对防治对象的关键地段(稳定储备低,对施工干扰敏感的地段)预加一个储备安全度,且预加的安全度应大于危险地段施工造成的安全度损失。
这个观念对于指导正确地确定工程布置、施工程序、施工强度和施工工艺是至关重要的。
地质灾害体变形破坏机理的整体分析与局部异常预测研究是代偿设计运用精当的前提,其核心工作是在布置整个工程、确定施工次序和优化监测布置前,预先推测局部地质体的变形与应力状态及其控制条件,并据勘探、施工开挖或监测及时地改进这种预测。
这种预测不是就观察的现象进行一般性的判断,而是根据新观察到的现象,结合原已掌握的事实,对地质灾害体变形破坏机理不断深化的更深层次的认识,是在大脑中形成的一种更完善的三维应力应变模式或破坏图象。
这种图象有时并不一定能容易地用计算技术表达出来,但它在工程上的作用是至关重要的,我们曾用“思想试验”一词表达之。
链子崖危岩体防治工程初步设计阶段所提出的立体开裂变形机理、高压区、低压区的划分和施工过程中提出的偏压拱力学机理等都是超前预测研究,并成为优化工程布置设定施工强度与施工程序的根本依据。
地质灾害防治工程的基本理论体现为两个观点的最佳结合,一是地质观点,二是工程观点。
前者保证对灾害特征、成因和发展趋势的分析正确无误,后者保证优化比选出能够达到防治工程目标,而工程投资又合理的最佳方案。
工程效果检验
地质灾害勘查与防治工程实施不同于一般建设工程的重要特征是监测工作连续地贯穿了其全过程。
地质灾害防治工程是一个系统的相互反馈、相互印证体系。
详实的勘查资料和正确的勘查结论是后续工作顺利开展的基本前提,同时,后续的每个工作阶段又不断补充完善并深化前期工作的认识,即表现为对地质体的多次再认识,这是地质灾害防治工作的特殊之处。
孙广忠(1996)是把效果检验作为地质灾害防治工程实施的最后一个阶段提出来的,具体指通过监测数据来检验评价工程竣工后防治工作的成效,并认为这个阶段的时间约为3a。
监测贯穿于地质灾害勘查直至施工完成后的全过程,相应地效果检验是通过监测来实现的,它也是存在于勘查直至竣工后的全过程的。
在整个过程中,监测随时起着及时反馈信息,检验勘查重点或防治工程的阶段性效果,反馈指导工作调整的作用,直至竣工后达到稳定的一段时期。
它实质上是一种全过程的效果检验。
因此,地质灾害防治工作阶段可划分为三大阶段勘查(表5-2)。
方案设计与施工是三个根本阶段,监测反馈、效果检验、监理和管理都是贯穿于三大阶段全过程的。
表5-2地质灾害防治工作阶段划分
1.地质灾害勘查或治理前期勘查
全过程的地质再认识
全过程的监测反馈
全过程的效果检验
全过程的监理
全过程的管理
2.防治方案研究与设计阶段
2.1可行性研究——方案比选亚阶段
2.2方案优化——初步设计亚阶段
2.3施工图设计亚阶段
3.防治工程施工阶段
施工工艺创新与设计调整
在勘查阶段,监测不但为勘查指明工作重点,同时也检验、校核勘查取得的资料是否真实,是否有针对性,勘查结论是否可靠等等,也即是检验勘查效果的问题。
在防治工程方案论证与设计阶段,已有监测资料的分析及其新的数据变化趋势的研究要比勘查阶段更重要。
因为它是方案论证工程师或设计工程师核查地质体动态稳定性研究正确与否的重要依据,消除勘查阶段可能存在错误的重要依据,同时又是比选最佳工程方案和确定工程重点的重要依据。
例如,链子崖危岩体前沿的“五万方”一直被认为是危险的,依据是其上的G上点的位移资料。
设计阶段发现G上点在1979~1982年位移较大,是由于开挖探洞引起的,其实际的变形量与其它监测点是同步的。
在施工阶段,监测除了延续原有的整体监测工作外,还要着重监测开挖或造孔施工对地质灾害体稳定性的影响。
换言之,即要监测灾害体整体或局部对施工地点、施工方式、施工强度和施工时间的敏感性。
这种施工反馈不仅仅是调整或完善设计的依据,更重要的是对勘查以来所有的分析和论证进行检验或校核,同时也对监测工作本身进行检验,检验内容包括监测重点、监测点密度、监测方式和仪器对监测环境的适应性等内容,甚至包括监测仪器的量程等。
无论那个环节发现问题,都应马上改正。
地质灾害防治工程的施工是在勘察质量和设计质量能够保证的前提下进行的,而强调设计与施工阶段的勘查仍是必须的。
地质工程师和设计工程师的关系
在地质灾害防治工程实施过程中,有必要提出地质工程师和设计工程师的关系问题,以便界定二者的工作范畴,既要避免以偏重地质的观点去涵盖工程或淡化工程的观念,同时也要避免以构件化的工程概念去套复杂的地质体的倾向。
一个做具体工作的人应努力做到能够胜任地质研究和工程方案论证两个阶段的工作。
在工作过程中能够自觉地认识到前后两个阶段的身份转换,甚至是不断地互换。
一个卓越的地质灾害防治工程师在探讨地质问题时,应该而且能够站在地学立场上,在讨论工程方案问题时,应该而且能够站在工程学的立场上,并积极地寻求地学与工程学之间的最佳联系,或促进地质师与工程师的对话。
当前,我国的大规模基础工程建设与矿山开采引发的市场地质、商业地质或称经济地质概念对地质师与设计师身份的互换之要求日趋强烈。
强化岩土工程体制,而淡化工程地质概念即反映了这一趋势,尽管从长期而论,这是一种短视行为。
因为这种行为不利于地质环境的保护,削弱了公益性地质学的作用,而地质灾害防治事业虽然是一种工程,但显然更多地体现了公益性地质工程学的宗旨,符合可持续发展的生态地球观与环境观。
JohnM.Campbell(1995)曾呼吁,要改变科学家与工程师只是勉强的伙伴关系的状况。
张光斗(1996)也强调二者应成为紧密的伙伴关系。
在地质灾害防治工程领域,更应强调地质师与工程师的紧密伙伴关系。
地质工程师往往依靠观察、试验数据或观测来判断问题,总结出规律,给出不太鲜明的结论。
设计工程师往往是,甚至是被要求在规定的时间内(有时是急迫的)得到结论,而要求的资料又常常不可能齐全,解决问题既需要依据科学理论进行分析,而更多地表现为依据对地质体的认识程度和个人的工程经验去设计工程。
设计师面对的问题显然有更大的综合性,一方面要抓住地质体的关键特性,另一方面还要考虑工程上实现的可能性,施工的可操作性及可能达到的工程效果,即要在多方面条件的制约下解决问题,最后给出的是半理论半经验的复合产品。
“在日本,迄今的滑坡防治只是一个概念论的实践结果”(山口伊佐夫,1990),也反映了这种理论探索与防治工程现实之间的距离。
参与地质灾害防治工程事业的地质师与设计师,存在着相互学习,自我反省思考的问题。
双方都必须改变科学理论水平较弱,科技思维能力尚差,地质研究不深人,工程观点浮浅,缺少创新,不重视消化新理论和新技术的弊病。
不努力改变自我,就无从谈起真正意义上的开拓,而只能热衷于一时的“模仿性”的时髦学风。
这里,尤其要对地质师与设计师强调,知识结构调整与完善意义上的身份互换,是实现他们逐渐“磨合”,达到最佳合作的重要前提。
参与地质灾害防治工程事业的各方都应正确与自觉地界定自己的位置,监理方与施工方、监理方与设计方、监理方与管理方等几方面的关系,值得研究出一套共同遵守的规则。
由于地质灾害防治工程多是隐蔽性工程,施工后不易直接检查施工质量,施工过程中监理方的作用和监测数据的分析及预报要给予充分重视。
专家组或咨询顾问团的构成,要考虑既能保证充分民主,集思广益,发挥每个专家的特长,又能较好地集中概括出符合实际的集体意见来。
总之,各方定位正确,分工明确,既能各负其责,又能互助协作,是地质灾害防治工程的各个环节走向规范化的基础。
3工程可行性研究——方案比选
地质灾害防治工程可行性研究是解决怎么办的问题,分析研究问题的角度与方法和地质论证明显不同,地质工程师应引起特别注意。
即使在岩土工程界,也有“经验不可少,计算作参考,方案最重要,监测关把牢”的体会。
地质灾害防治工程可行性研究是探索通过某种工程方法强化地质灾害体的既有稳定性或清除其危险性,要求提出的工程措施能够适应防治对象的现有条件或状态,与原有的稳定因素共同发挥作用,即成为被加固对象的有机组成部分,并与周围的地质环境相协调。
地质灾害防治工程可行性研究就是进行地质灾害防治工程方案的比选,最佳目标是创造一个系统形成原有系统的有机组成部分。
这是一个满足预期要求的过程,也是一个多方面知识综合运用、反复认识研究对象的过程。
它包括地质研究确定的目标、方案的分析综合、多次论证、作图、试验、自我评估、现场实施与监测及反馈修改等多个环节,其中心环节是方案的分析综合。
比选原则
地质灾害防治工程不同于一般工程,它一般不直接产出效益,也就是说,治灾成功所显示出的效益常常是无形的。
如长江三峡链子崖和黄腊石两个重大地质灾害的防治并未见直接产生效益如发电或出产品,但它保证了长江黄金水道的通畅无阻则是一种隐形的巨大效益。
因此,地质灾害防治工程的方案论证应遵循如下几个原则:
(1)地质原则
针对地质体破坏机制,以增强地质灾害体(危岩体或滑坡体等)的自然稳定状态为根本原则,尽可能不扰动或少扰动,按照地质体的破坏机制对症施治。
既要避免不清楚破坏机制,仅从工程角度考虑问题,也要避免仅从地质分析出发而忽视工程技术的偏颇。
(2)效益原则
地质灾害体的防治常需要投入巨资,但往往不产生直接的效益(尽管
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地质灾害 预警 预报 参考资料 防治 工程设计 施工