环境岩土工程研究?
随着经济和工业的快速发展,人们越来越意识到人类活动对环境的两大负面影响:环境污染和生态破坏。因此,一门新的学科——环境岩土工程应运而生。它既是一门应用工程,也是一门社会学。它是技术与政治、经济、文化相结合的新兴交叉学科。
1.环境岩土工程的定义
环境岩土工程一词起源于1986年4月美国宾夕法尼亚州里海大学土木工程系美籍华人方晓阳教授主持的首届环境岩土工程国际研讨会。在其著名论文《环境地质技术导论》中,将环境岩土工程定义为“跨学科的边缘科学,涵盖大气圈、生物圈、水圈、岩石圈、地球微生物圈等各种环境中的土与岩石及其相互作用的问题”,主要研究不同环境循环(旋回)下的土-水系统的工程性质。
2.环境岩土工程是研究并将岩土工程概念应用于环境保护的一门学科。这是一门跨学科的前沿学科,涉及面很广,包括气象、水文、地质、农业、化学、医学、工程等等。
环境岩土工程的研究内容大致可以分为三类:(1)环境工程。主要是指利用岩土工程的方法来抵御自然灾害带来的环境问题。比如:防荒漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海啸等。这些问题通常被称为环境问题。(2)环境卫生工程。主要是指用岩土工程的方法来抵御各种化学污染造成的环境问题。例如,各种城市垃圾和污泥的处理。(3)人类工程活动引起的一些环境问题。比如在密集的建筑物中打桩时,周围的生活环境受到挤土、振动、噪音的影响;深基坑开挖过程中的降水与边坡位移。环境岩土工程研究的内容和分类
3.环境岩土工程研究的基本观点和研究方法。
3.1基本视图
(1)岩土工程实践的范围是地球表面,地球是宇宙的一个子系统,它的变化受其他子系统的影响,它们之间存在着物质和能量的交换,是一个开放的系统;(2)资源有限。我们只有一个地球,而随着人口的增长,资源相对于人口越来越少,所以我们应该实施可持续发展的战略,我们不能盲目地掠夺性地使用它,以防止对环境产生不利影响;(3)人类无计划的活动会毁灭人类自身;(4)自然是不断变化的,有些直接危害人类。反过来,人类要想避免伤害,就必须采取措施;(5)岩土工程虽然带来了一些负面影响,但这是人类认识的片面性和历史局限性造成的。所以理论上所有的环境岩土工程问题都是可以解决的,但这取决于人们环境意识的提高,岩土工程技术的进步和法制建设的完善。
3.2研究方法
环境岩土工程是一项系统工程。它涉及到很多学科,要着眼于学科之间的交叉,用辩证的观点分析和解决问题。其次,应用岩土工程的观点来改善环境,使其更符合人类的生存需求。
4.环境岩土工程与相关学科的关系
与环境岩土工程相关的学科有:工程地质学、岩土力学、岩土工程、地质工程、环境工程地质学。工程地质学的基础理论是地质学,指导它的理论主要是博物学观点1。其基本理论是地质成因和演化过程决定了地质体的工程特性。据此,研究方法是探索地质体产生时的地质环境和地质体的地质作用及演化过程,从而从整体上认识和把握地质体的组成、结构和发育规律,并进一步探索和预测其在工程建筑物作用下的性能和工程行为。工程地质学的服务对象是人类设计和建造的建筑物。这种应用决定了工程地质学的边缘性、交叉性、综合性等特点。所谓边缘性,就是位于地质学科的外层,与工程学科相邻。所谓交叉性,是指工程学科的理论、概念和方法在其学科发展中不断被吸收,并与地质学相结合。所谓综合性,是指工程地质学以解决问题为目标,借助地质学各种基础学科的成果进行综合工作。岩土力学、岩土工程和工程地质学在研究对象和目标上有很大的相似性,是紧密相邻的学科。而岩土力学属于力学学科的边缘,岩土工程属于工程学科的边缘。虽然对岩土的地质认识是建立岩土力学模型和本构关系的重要基础,但岩土力学更倾向于模型和建模后的力学研究。岩土工程是将岩土工程视为工程结构的工程学科的一部分。但是,与其他力学或工程学科相比,岩土力学和岩土工程需要更多地质学科的支持,或者说更需要与地质学科相结合。
5.环境岩土工程的研究现状
随着20世纪五六十年代公害的出现,人们不断探索和反思,并获得了基本的认识。目前,国外对环境岩土工程的研究主要集中在垃圾土和污染土的性质、理论和控制方面,而在我国已有很大发展。根据目前涉及的问题,可以归纳为两类:第一类是人类与自然环境的相互作用。这类问题的动机主要是自然灾害造成的。如地震灾害、土壤退化、洪水灾害和温室效应。这些问题通常被称为大环境问题。第二类是人类生活、生产和工程活动与环境的相互作用。它的动力主要是人类自身。比如城市垃圾、工业生产废水、废液、废渣等有毒有害废弃物对生态环境的危害;打桩、强夯、基坑开挖、盾构施工等工程建设活动对周围环境的影响;过量抽取地下水造成的地面沉降等等。这方面的问题统称为小环境问题。
6.环境岩土工程的发展前景
20世纪90年代后,中国进入大规模工程建设时期。从沿海地区开始,逐步向内陆扩展,建设高层建筑、地铁、道路交通、隧道等。城市化进程的加快不断对环境岩土工程提出新的挑战。与此同时,自然环境的变化、地震和洪水的频繁发生、温室效应的加剧、水土流失、土壤退化等重大环境问题也引发了一系列新的环境岩土工程问题。与发达国家相比,我国岩土工程师面临着更加艰巨的任务。一方面,我国正处于大规模工程建设时期,有很多工程问题需要解决;另一方面,基于可持续发展的要求,我们面临着严峻的环境保护和治理问题。在环境岩土工程中,今后几年应研究和解决以下问题。其中,西部问题包括生态环境建设与保护、区域稳定和地下工程。东部问题,包括大城市地面变形不稳定,悬河水资源,水环境等等。在某些应用中迫切需要解决的问题有:(1)卫生填埋场的设计;大型工程建设中的区域环境岩土工程问题评价;城市建设影响环境的岩土工程问题;岩土工程手段在环境治理中的应用等。
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