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关键词:矿山地质;灾害;防治
中图分类号:TD-9文献标识码:A
引言
在过去的几十年里,矿山资源的开采为我国经济建设做出了巨大的贡献。伴随着矿山资源的持续开采,一系列因其引起的环境问题接踵而来。不可否认,我国是矿山资源开采大国,同时也是矿山地质灾祸大国。矿山地质灾害是在矿山资源的开采过程中,因破坏了原有地质环境而引诱发生的一系列灾害,如地震、滑坡、泥石流、塌方、地面下沉等。近年来,我国国内基础建设和经济建设的投入,促进了矿山资源的开采,但因技术设备相对落后、管理存在问题等原因,现存隐患重重,灾害频频发生,给国家经济带来重大的损失,造成了环境的不可挽回的严重破坏,也给人民群众带来了不可拟补的伤害。本文研究矿山地质灾害及预防措施,具有重大的现实意义。
1952年至2011年的60年间,据不完全统计,我国共发生过矿产地质灾害事件11500多起,夺去6000多个鲜活的生命,由此造成的各类损失高达300多亿元人民币。矿山地质灾害发生的频率与各地矿产开发强度呈线性正相关关系,全国各省级行政单位几乎都出现过这类灾害。由此可见矿山地质灾害的普遍性和严重性,时下,分析各类矿山地质灾害成因并研究相应的防治策略具有重要的现实意义。
1 矿业开发与地质灾害
经济的快速发展和基础建设的不断投入加快了对矿物资源的需求,这也为矿产开采企业带来了发展机会。据不完全统计我国各类大中型矿山已达9000 余座,资源开采规模居世界第3 位。矿山资源的开采为我国社会主义建设提供了必要的原材料和能源基础。然而,日益严峻的矿山地质灾害问题迫使我们不得不给予重视。矿山地质灾害,在我国具有以下特点:第一,种类多,分布广,隐患多,影响大,瞒报多,责任事故复杂;第二,多发生在煤炭矿山行业,其次是金属矿山行业。
2 常见且危害性较大的几种矿山地质灾害
矿山地质灾害类型多种多样,影响范围也有大有小。目前常用的分类方案主要有两种:第一,按地质灾害所需的时间分类;第二,按地质灾害的空间形态与诱发因素分类。鉴于目前的很多研究将着力点放在上述第二种分类方式描述的三种大类级别的地质灾害上,且研究比较详尽,本文主要针对破坏性较强且发生较普遍的几种矿山地质灾害进行论述。
2.1 矿山崩塌
矿山崩塌通常指坡度较大的斜坡上的尾矿、岩石及土壤由于受到重力作用而脱离原来位置,发生崩塌、滚落并堆积在平坦位置的现象。矿山崩塌主要由尾矿堆积不合理、矿坑设计缺陷等原因造成。崩塌造成的形状不一、大小不同的堆积在平坦处的堆积物,称为崩积物,有时也会被称为尾矿堆或碎石堆。
矿山崩塌会使建筑物,有时甚至使整个居民点遭到毁坏,使公路和铁路被掩埋。矿山崩塌带来的损失,不单是建筑物毁坏的直接损失,并且常因此而使交通中断,给运输带来重大损失。矿山崩塌有时还会使河流堵塞形成堰塞湖,这样就会将上游建筑物及农田淹没,在宽河谷中,矿山崩塌还可能使河流改道及改变河流性质,从而造成急湍地段。
2.2 滑坡与泥石流
滑坡是指山坡上的碎石、土壤及其他杂物,受天然降水冲刷、地震活动、及边坡失去稳定状态等因素影响,在重力的驱使下,整体性或者呈分散状态顺着山坡向下移动的自然现象。泥石流通常是指大量降水夹带泥土、碎石甚至岩块,以极快的速度由山顶或山腰沿一定的槽道或直接沿山体直冲而下,并在山地低洼处堆积。
滑坡和泥石流也是经常发生的矿山地质灾害,常常给矿山开采以及人民生命财产造成巨大损失、有的甚至是毁灭性的灾难。发生在工矿区的滑坡和泥石流,可损坏采矿设备及厂舍,威胁职工生命安全,影响矿山生产活动,从而造成重大经济损失。
2.3 地面塌陷
地面塌陷是由于采矿造成的地下支撑减少、地下水水位下降造成地表岩、土体向下塌陷,并为地表造成塌陷坑、洞的一种常见现象。如果这种塌陷出现在经济生产场所或居住区,便会演变成一种可怕的矿山地质灾害。这种矿山地质灾害具有突发性,严重威胁矿区人民的生命安全和国家财产安全,尤其多见于煤矿的开采过程中。全国各地因煤炭开采造成的地表塌陷屡见不鲜,破坏耕地、建筑物、威胁交通安全。
2.4 瓦斯爆炸
瓦斯爆炸是指煤矿开采过程中,通风不良、煤层气泄露等意外导致矿井中的甲烷浓度意外升高,在遇到明火的条件下发生的爆炸,是一种快速的连锁反应。从化学原理上讲,瓦斯爆炸就是达到危险浓度的CH与自然界中的O2在达到燃烧温度下出现的剧烈燃烧反应。
瓦斯爆炸的典型特征是产生高温高压的气体,这些气体在短时间内产生并向周围急剧扩散,烧伤施工人员并使人们窒息,摧毁采矿机械,造成塌方、漏水,具有极大地破坏力。此外,瓦斯爆炸产生很多有毒气体,极易致使井下滞留人员中毒身亡。
3 矿山地质灾害发生的原因与主要问题
3.1 灾害发生的原因
(1)客观原因。矿山开采改变了原有的地质结构,现有开采技术有限,不论采用何种采矿手段,对自然环境的破坏是不可避免的,这也是诱发矿山地质灾害的本质原因。
(2)主观原因。国有企业转制承包煤矿、小煤矿和私营煤矿存在较多管理问题,安全隐患严重。这是矿山地质灾害频繁发生的一个不可忽视的原因。
3.2 现存主要问题
(1)未建立统一的数据信息资源库,对矿山地质灾害的数据统计不足,不可能进行系统工程化的分析与研究。
(2)矿山企业对矿山地质灾害的研究多为短期行为,缺少战略性和长效性的研究,往往导致旧问题刚解决,新问题又出现的现象,研究深度不够。
(3)矿山地质灾害的预防需要投入大量资金,这就使得长期以来许多矿山企业宁愿灾后治理也不愿预先防范,研究积极性不高。
4 矿山地质灾害的防治措施与对策
4.1 矿山崩塌的防治措施
针对矿山崩塌特点,可在矿业开采中采用以下方法防范崩塌:(1)遮挡。斜坡上堆放的尾矿石,可在其下方设立坚固的围挡。 (2)拦截。在山坡脚或半山坡上浇注混凝土墙可以很好的对付降水过程中由山上滚落下的矿石及坚硬的土块。(3)支挡。在向外延伸的矿石及不安全的大矿石下面筑起支挡柱、墙可以很好的防止这些矿石崩落山下。
4.2 滑坡与泥石流的防治措施
与防治矿山崩塌的措施相似,防治滑坡可以从以下三个方面入手:一是将形成泥石流的重要因素——水的影响去除掉;二是改造可能出现滑坡的物体的形状,浇注抗滑坡墙或柱等;三是优化滑动体的岩土性质。其主要工程措施有:排除地表水和地下水,防止河水、库水对滑坡体坡脚的冲刷,削坡减重,修筑支挡工程,采用焙烧法、爆破灌浆法等物理化学以改善滑动带的土石性质等。
4.3 地面塌陷的防治措施
(1)按科学方法采矿,预留非采区。开始采矿之前设置好非采区,避开重要区域,可以最大程度的减小地面塌陷造成的危害;(2)采空区要积极开展地质调查研究。积极地在采空区开展地质调查工作,弄清楚地下的地质情况,然后根据具体情况制定不同的应对措施,如搬迁工作,可以很好的防患于未然。
4.4 瓦斯爆炸防治措施
预防瓦斯爆炸一般主要从防止CH4积累和控制火源两方面着手开展工作。为防止瓦斯积聚应加强通风,及时检查各用风地点的通风状况和瓦斯浓度;对瓦斯含量大的煤层,进行瓦斯抽放,降低煤层及采空区的瓦斯涌出量。为防止瓦斯引燃的措施应在井口房、瓦斯抽放站等周围禁止使用明火;严格管理井下火区;严格执行放炮制度;注意防止机械摩擦产生的火花。
5 结论
现阶段,我国矿山地质灾害的发生几率、频度、强度及灾害损失均呈显著上升态势,对灾害的全面预防和彻底治理已是刻不容缓。愈演愈烈的矿山灾害、大量潜伏的灾害隐患、日渐恶化的矿山环境说明矿山地质灾害的防治必须上升到一定的重视高度。合理有效地利用资源、保护矿山环境、加强监测与信息化管理、防止矿山地质灾害、实现矿业的可持续发展,是一个长期而重要的工作。
参考文献
[1]何芳,徐友宁,乔冈,等.中国矿山地质灾害分布特征[J].地质通报,2012,03.
[2]杨进友.浅析矿山地质灾害的类型及防治措施马越平[J].能源与节能,2011,10.
1 地质灾害与地质环境
一般而言,地质灾害是由自然因素和人为因素共同作用对地理环境造成影响,从而使得地表层发生移动形成的灾害,对人们的生命安全和财产安全具有很大的威胁性,如果不加以防治必然会影响到社会的发展,所以需要采取有力的措施加以解决。但是地质环境也有积极的一面,所以应该把地质灾害防治和地质环境保护利用积极地结合起来,既能减少和降低地质灾害发生的频率,又能使地质环境得到可持续发展。在分析如何防治地质灾害和利用地质环境之前,首先来分析地质灾害和地质环境的形成与现状。
1.1 地质灾害的形成和现状
地质灾害是一种由于地表作用或者人为不正当行为导致地质环境发生恶性变化,引起地表的变化,引发比如泥石流、滑坡等的自然灾害。这种自然灾害具有不可抗性和不可预测性,目前为止,受到我国经济发展和技术水平的限制,很难及时预测到地质灾害的发生,只能采取有效的措施把这种灾害带来的破坏降到最低,减少对人们、对经济的不利影响。近年来,一方面是我国本来就幅员辽阔,部分地区得不到有效的环境监测,一旦发生灾害又很难采取有力的措施加以防治,所以地质灾害带来的影响非常严重,灾害的强度很大,受灾的面积越发被放大;另一方面随着经济的快速发展,人们的一些不正当行为也在加剧地质灾害的发生,泥石流、滑坡等自然灾害频发,给人们的生命财产安全以及社会的发展带来极大的桎梏。所以政府应该加大对地质灾害防治的资金和技术的投入,加大对环境的监测控制,采取措施规范人们的生产生活行为,尽量减少对地质环境的破坏。对于受灾比较严重或者容易发生地质灾害的地区建立地质灾害防治体系,实施对地质灾害的监控与防治。
1.2 地质环境的形成和现状
地质环境指的是岩石、水和大气等物质所组成的体系,在这种体系中,岩石圈、生物圈和大气圈发生作用,互相交换能量,随着地球的运动,地质环境也在发生变化。地质环境的形成是在一个相对比较开放的环境中,是由于生态环境中各种物质、各种能量发生作用形成的,其存在于岩石圈、生物圈和大气圈中。所以对地质环境加以研究能够了解地质运动的特点和规律,从而可以对可能发生的地质灾害做出科学预测。
2 地质灾害防治
2.1 建立地质灾害调查区
为了降低地质灾害发生的频率,从而减少地质灾害带来的破坏,相关地质灾害防治部门需要在地质灾害发生频率较高的地区建立地质灾害调查区,并成立专门的?{查小组对地质灾害发生频率高的地区进行水土、地质特征的调查分析,从而可以提高对地质灾害预测的准确性。在调查中需要把可能发生的地质灾害按严重程度进行分级,对所发生的地质灾害进行研究分析,得出地质灾害发生的规律,并建立应急防治方案,为之后的地质灾害防治工作提供依据。
2.2 建设地质灾害警报装置
地质灾害防治的另一关键措施是要建设地质灾害警报装置,通过高效的警报系统及时地预测到地质灾害的发生,并通过发出警报能够使相关地质灾害防治部门及时得到灾害信息。在警报装置建设部分,主要是预警的管理和预警的技术,也就是要采取先进的科学技术对地质灾害进行监测,根据地质灾害发生的特点以及地质灾害的层级,再采取先进的设备仪器准确地定位地质灾害发生的位置,并捕捉到地质灾害发生时详细的灾害信息和当时的地质环境情况。同时还需要采取行政手段对所捕捉到的地质灾害预测信息进行公布,上报给有关部门进行决策,然后及时采取措施加以灾害控制。
2.3 建立健全搬迁机制
在对地质灾害进行科学预测之后,需要对预测到的信息进行研究,分析出地质灾害可能发生的具置,所波及的范围以及可能造成的影响程度。对于那些地质灾害发生中心地带,波及范围广,造成后果严重的地区应当按照搬迁机制组织当地居民进行搬迁,把居民有组织地安全地转移到预先设置的安全区域,并对受灾人民进行安抚工作。如果受灾地区受灾严重,还需要加强灾后重建工作,可以从人文环境建设和自然环境建设两方面着手。加强对房屋建设质量的监控,保证灾后工作得以顺利展开。
2.4 完善应急处置方案
地质灾害的发生具有隐蔽性和不可测性,尽管这些年我国在预测地质灾害上投入了很多资金和技术成本,但受到目前技术和经济水平的限制,还是无法做到精确预测。所以应该要完善应急处置方案,完善信息收集平台,建立应急设备,能够在灾害发生之前做好充足的准备,在灾害发生之后较快进行应急行动,紧急撤离到安全区域,能最大限度地降低地质灾害带来的损害,确保受灾地区人民的财产生命安全。建立应急处置方案一般是在受灾比较严重的区域将人力财力和技术结合起来,建立紧急响应机制。
3 地质环境利用
3.1 工程地质环境安全建设
在原则的基础上,阶段是工程运营阶段。主要涉及不同影响因素下的现状评价和预测评价。可以采用机理分析和数学力学解析方法。
在地质环境利用中,工程地质环境安全建设是其重要的组成部分,主要可以分为三个方面:首先,要对工程所处的地质环境进行信息分析,既要了解工程的风险性以及风险的类型,又要对工程周边的环境做宏观的把握,了解影响工程安全性的因素,对工程的安全性进行评价可有效降低工程地质环境建设的风险;其次,在工程地质环境安全建设的过程中,建设人员需要有可持续发展的理念,因为对工程地质环境建设造成影响的除了自然地质环境,还有人为因素的破坏,如果建设人员可以重视对工程地质环境安全建设,以长远可持续性的眼光对待建设和管理工作,工程地质环境的建设就有安全保证;最后,除了要对工程地质环境安全建设有关风险和地质环境做出评价,还要综合各种因素,以可持续性发展为原则,利用工程建设安全评价技术,比如建设工程区域地质安全评价、建设工程场址地质安全评价、建设工程单体地质安全评价等(如表1所示)。注意工程地质建设中的注意事项以及相关标准要求,使地质环境得到有效的利用。
3.2 区域地质环境的利用
区域地质环境在利用之前首先要对该地区的特点进行研究分析,然后再根据地区的特点进行地质环境的勘察利用。比如说如果该地区具有公益性、服务性,那在勘察利用的时候就要根据这两点采取妥善的方式,避免破坏该地区原有的特征属性,在利用该地区地质环境的时候仍然要保证它的公益服务性质;其次,建立地质环境的评价机制,也就是通过对该地区的地质环境评价了解监测地区的地质情况,然后再对这些评价得到的信息分类汇总,进行合理的管理与建设。在进行评价的时候要注意评价的可操作性和可行性;最后,在区域地质环境的有效利用中需要注意经济和社会的发展以及发展的可持续性。在建设区域地质环境利用体系中,还可以通过工程地质环境的质量、地质环境中的工程容量评价、工程功能的区域划分、灾害防治的调控等方式。
[关键词] 地质 灾害 防治 措施
1.岩土工程与地质灾害的内涵
地质灾害是指由于自然因素或者人为活动引发的危害人民生命财产安全或使人类赖以生存和发展的环境、资源发生严重破坏的地质现象。《地质灾害防治条例》规定,地质灾害包括山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等灾害。
在我国,大多数地质灾害现象都是人为因素引发的,据有关资料统计,近年来我国每年因地质灾害造成的经济损失约占各种自然灾害的1/4至1/5,因此,减少或制止破坏生态环境行为、及时采取地质灾害预防和防治措施,是我国当前减少损失的首要途径。
2.我国地质灾害的特征与危害
由于我国地理位置独特,地质构造复杂,地球生态环境多变,加之人口众多的农业大国,经济较落后,承灾能力弱,所有这些叠加在一起,形成灾害类型多、分布广、频度高、强度大、影响面宽、损失严重的格局。
据资料统计分析,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等种类的地质灾害在我国十分发育。其中崩塌、滑坡、泥石流的分布范围约占国土面积的50%,其中以西南、西北地区最为严重。
地质灾害可分两大类:第一类主要是由自然因素引起的地质环境问题,又称第一环境问题,属自然地质灾害;这些灾害不以人类历史的发展为转移;第二类主要是由人为活动引发的地质灾害,称第二环境问题,属人为地质灾害。这些灾害常随社会经济的发展而日益增加,据地质灾害成因分析,全国50%以上的地质灾害发生的主要原因是人类行为,尤其是人类不合理地大量挖掘能源所造成的。
2.1 滑坡
滑坡是指斜坡上的土体或岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震、人工切坡等因素的影响,沿着一定的软弱面或软弱带,整体地或分散地顺坡向下滑动的自然现象。
滑坡的诱因:
(1)地震;(2)降雨和融雪;(3)地表水的冲刷、浸泡;(4)河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷;(5)开挖坡脚;(6)蓄水排水;(7)堆填加载;(8)劈山放炮,乱砍乱伐。
滑坡发生的规律:
下列地带是滑坡的易发和多发地区:(1)江、河、湖(水库)、沟的岸坡地带,地形高差大的峡谷地区,山区铁路、公路、工程建筑物的边坡等。(2)地质构造带之中,如断裂带、地震带等。(3)易滑(坡)岩、土分布区。(4)暴雨多发区及异常的强降雨区。
2.2 崩塌
陡坡上被直立裂缝分割的岩土体,因根部空虚,折断压碎或局部移滑,失去稳定,突然脱离母体向下倾倒、翻滚,堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象称为崩塌。
崩塌的诱因:
(1)采掘矿产资源;(2)道路工程开挖边坡;(3)水库蓄水与渠道渗漏;(4)堆(弃)渣填土;(5)强烈振动。
2.3 泥石流
泥石流是由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)产生在沟谷或山坡上的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流,是高浓度的固体和液体的混合颗粒流。
泥石流的诱因:
(1)不合理开挖;(2)不合理的弃土、弃渣、弃石;(3)滥伐乱垦。
地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象。
2.4 地面变形
地面变形包括地面沉降、地面塌陷与地裂缝。目前中国发生地面沉降活动的城镇有70多个,明显成灾的有30余个,最大沉降量已将近3m。这些城市有的孤立存在,有的密集成群相连形成广阔的地面沉降带(区)。造成中国城镇地面塌陷原因有三:一是不合理地大量开采地下矿产资源引起的塌陷;二是表面岩溶活动引起的塌陷;三是大量抽取地下水引起地面下沉。
地面塌陷发生的规律:
(1)岩溶强烈发育的纯可溶岩分布地带或沿其与非可溶岩的接触地带;(2)沿可溶岩中的断裂带或主要裂隙交汇破碎带,岩层剧烈转折、破碎的地带;(3)松散盖层较薄且以砂石为主,其底部粘性土层缺失或甚薄(一般不足1-2米)的“天窗”地段;(4)岩溶地下水的主迳流带或岩溶管道上;(5)具有潜水和岩溶水双层含水层分布地带;(6)岩溶地下水的排泄区;(7)岩沉吟地下水位在基岩面上下频繁波动的地带,或受排水影响强烈的降落漏斗中心及近侧地段;(8)临近河、湖、塘地表水体的近岸地带;(9)岩溶地下水位埋藏较浅的低洼地带。
3.地质灾害防治工程的主要施工技术标准及防治措施
3.1 主要的施工技术标准总结
地质灾害防治工程的最大特点是隐蔽性(如抗滑桩)、复杂性(如抗滑桩+锚拉+挡板+冠梁)和多样性(防治滑坡可采用桩,亦可采用挡土墙),以地下工程施工为工艺特点,因此与地基与基础工程和岩土工程具有十分相近或相同的工艺流程、施工工序和施工工法。涉及地质灾害防治工程施工的技术规范和标准主要有:
(1)地质灾害防治工程现行施工技术标准和规范,如《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0218-2006);
(2)各类工业与民用和市政工程建设项目的地基与基础、深基坑、高切坡、地基处理、基础病害工程防治等所涉及的技术规范和标准均可参考使用,如《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002);
(3)各类水利水电工程的土石方、地基与基础和岩土工程所涉及的技术规范和标准均可参考使用,如《水电水利工程预应力锚索施工规范》(DL/T5083-2004);
(4)各类交通建设中所涉及的边坡、滑坡、危岩、塌陷和沉降等工程防治的相关技术标准和规范,如《公路隧道施工技术规范》)(JTJ042-94)。
3.2 地质灾害防治工程防治措施
3.2.1 做好防治工程设计
地质灾害防治工程设计,必须根据崩塌、滑坡、不稳定斜坡的成因机制、运动模式、易发性及防治目标制定。
(1)根据致灾的成因确定主要防治途径;
(2)根据灾害的易发程度、防治目标确定防治工程的强度和工程量。
3.2.2 地质灾害防治工程的主要工程措施
根据地质灾害防治工程勘查设计现行行业规范,《三峡库区地质灾害防治工程质量检验评定标准》等技术标准及资料分析,国内防治地质灾害的主要工程类型有:排(截)水工程、支(拦)挡工程、加固工程、护坡工程、减载与压脚工程及搬迁和避让等。
3.2.3 地质灾害防治措施
(l)工程防治措施
工程防治措施是防治地质灾害的重要组成部分,工程防治措施的适用条件及方式:大多数房后切坡造成的小型土质滑坡,选用滑坡后缘地表排水、前缘支挡或削方减载护坡等工程措施较为适应;对于中型以上滑坡,应根据工程地质勘察资料选择工程防治措施。
(2)生物防治措施
生物防治措施是指植树造林,种草护坡及合理耕牧。它具有应用范围广、投资省,能促进生态平衡,改善自然环境条件,防治作用持续时间长的特点,需较长时间才能发挥其效益。
根据调查区地质灾害特点和自然经济条件,泥石流区,地面塌陷区及水土流失区应采取封山育林,退耕还林等防治措施,减少地质灾害的发生和经济损失。
(3)避让措施
①雨天避让措施。对灾害隐患点和变形斜坡,采取雨天临时避让措施,各镇在防灾预案的基础上编制安全转移预案,雨天对受威胁户一一作转移地点安排。应根据就近原则、转移地(接受户)不受地质灾害或其它灾害威胁的原则进行操作。
②搬迁避让措施。对一些危险性大、危害性严重的地质灾害,防治费用超过搬迁费用或再建房仍然受地质灾害威胁的,采用搬迁避让措施。调查区需搬迁避让或已搬迁的灾点。
【关键词】岩土工程;地质灾害;实践经验;防治措施
1、岩土工程与地质灾害的内涵
人类起源于自然,又高于自然,人类自产生以来就一直在利用和改造自然。从原始人利用天然洞穴到学会挖土造屋,时至今日,人类己能够建造高达数百米的摩天大厦、高坝和巨塔。在此过程中,由于地基处理的需要,逐渐形成了一门学科技术——岩土工程。这种技术是基于地基改良、工程安全运行而发展起来的,它缺乏环境保护的观念,缺乏减轻地质灾害的观念,说到底,缺乏地质的概念,仅从工程观点出发,从而出现了许多不但没有加固好工程地基或边坡,反而诱发了深层的更大的地质灾害的例证,如水电站、抽水蓄能电站、矿山等都有这方面的教训。为了弥补岩土工程学这种先天不足,于80年代末,90年代初,产生了一个新的学科——地质工程学。
地质工程学,是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。它把地质体乃至地质环境作为工程系统的组成部分来对待,这显然符合大系统工程学的思想,它包含岩土工程和地质灾害防治工程两个方面,但以后者对其特点的反映更为深刻。岩土工程是指工程建设中涉及岩土体的开挖与加固;地质灾害防治工程是对自然或人为作用产生的有害地质现象进行防范与防治。后者包含了更全面地对地质生态环境合理开发与管理的思想。
地质灾害是指由于自然因素或者人为活动引发的危害人民生命财产安全或使人类赖以生存和发展的环境、资源发生严重破坏的地质现象。《地质灾害防治条例》规定,地质灾害包括山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等灾害。
在我国,大多数地质灾害现象都是人为因素引发的,据有关资料统计,近年来我国每年因地质灾害造成的经济损失约占各种 自然灾害的1/4~1/5,因此,减少或制止破坏生态环境行为、及时采 取地质灾害预防和防治措施,是我国当前减少损失的首要途径。
2、我国几处地质灾害的特征与危害
由于我国地理位置独特,地质构造复杂,地球生态环境多变,加之人口众多的农业大国,经济较落后,承灾能力弱,所有这些叠加在一起,形成灾害类型多、分布广、频度高、强度大、影响面宽、损失严重的格局。据资料统计分析,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等种类的地质灾害在我国十分发育。其中崩塌、滑坡、泥石流的分布范围约占国土面积的50%,其中以西南、西北地区最为严重。
据资料统计分析,崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、地裂缝等种类的地质灾害在我国十分发育。其中崩塌、滑坡、泥石流的分布范围约占国土面积的50%,其中以西南、西北地区最为严重。
地质灾害的发生还导致破坏铁路、公路、航运、水库、堤坝和通信等工程设施,破坏土地资源、水资源、矿产资源、旅游资源和生态环境等。
地质灾害可分两大类:第一类主要是由自然因素引起的地质环境问题,又称第一环境问题,属自然地质灾害;这些灾害不以人类历史的发展为转移;第二类主要是由人为活动引发的地质灾害,称第二环境问题,属人为地质灾害。这些灾害常随社会经济的发展而日益增加,
据地质灾害成因分析,全国50%以上的地质灾害发生的主要原因是人类行为,尤其是人类不合理地大量挖掘能源所造成的。
滑坡:滑坡是指斜坡上的土体或岩体,受河流冲刷、地下水活动、地震、人工切坡等因素的影响,沿着一定的软弱面或软弱带,整体地或分散地顺坡向下滑动的自然现象。
造成滑坡的诱因有①地震;②降雨和融雪;③地表水的冲刷、浸泡;④河流等地表水体对斜坡坡脚的不断冲刷;⑤开挖坡脚;⑥蓄水排水;⑦堆填加载;⑧劈山放炮,乱砍乱伐。
滑坡发生的规律:下列地带是滑坡的易发和多发地区:①江、河、湖(水库)、沟的岸坡地带,地形高差大的峡谷地区,山区铁路、公路、工程建筑物的边坡等。②地质构造带之中,如断裂带、地震带等。③易滑(坡)岩、土分布区。④暴雨多发区及异常的强降雨区。
崩塌:陡坡上被直立裂缝分割的岩土体,因根部空虚,折断压碎或局部移滑,失去稳定,突然脱离母体向下倾倒、翻滚,堆积在坡脚(或沟谷)的地质现象称为崩塌。
崩塌的诱因:①采掘矿产资源;②道路工程开挖边坡;③水库蓄水与渠道渗漏;④堆(弃)渣填土;⑤强烈振动。
泥石流:泥石流是由于降水(暴雨、冰川、积雪融化水)产生在沟谷或 山坡上的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流,是高浓度的固体和液体的混合颗粒流。
泥石流的诱因:①不合理开挖;②不合理的弃土、弃渣、弃石;③滥伐乱垦。地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象。
地面变形 :地面变形包括地面沉降、地面塌陷与地裂缝。目前中国发生地面沉降活动的城镇有70多个,明显成灾的有30余个,最大沉降量已将近3m。这些城市有的孤立存在,有的密集成群相连形成广阔的地面沉降带(区)。造成中国城镇地面塌陷原因有三:①不合理地大量开采地下矿产资源引起的塌陷;②表面岩溶活动引起的塌陷;③大量抽取地下水引起地面下沉。
地面塌陷发生的规律:①岩溶强烈发育的纯可溶岩分布地带或沿其与非可溶岩的接触地带;②沿可溶岩中的断裂带或主要裂隙交汇破碎带,岩层剧烈转折、破碎的地带;③松散盖层较薄且以砂石为主,其底部粘性土层缺失或甚薄(一般不足1-2m)的“天窗”地段;④岩溶地下水的主迳流带或岩溶管道上:⑤具有潜水和岩溶水双层含水层分布地带;⑥岩溶地下水的排泄区;⑦岩沉吟地下水位在基岩面上下频繁波动的地带,或受排水影响强烈的降落漏斗中心及近侧地段;⑧临近河、湖、塘地表水体的近岸地带;⑨岩溶地下水位埋藏较浅的低洼地带。
3、地质灾害防治工程的主要施工技术标准及防治措施
3.1主要的施工技术标准总结
地质灾害防治工程的最大特点是隐蔽性(如抗滑桩)、复杂性(如抗滑桩+锚拉+挡板+冠梁)和多样性(防治滑坡可采用桩,亦可采用挡土墙),以地下工程施工为工艺特点,因此与地基与基础工程和岩土工程具有十分相近或相同的工艺流程、施工工序和施工工法。涉及地质灾害防治工程施工的技术规范和标准主要有:
(1)地质灾害防治工程现行施工技术标准和规范,如《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T02 1 8—2006):
(2)各类工业与民用和市政工程建设项目的地基与基础、深基坑、高切坡、地基处理、基础病害工程防治等所涉及的技术规范和标准均可参考使用,如《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002);
(3)各类水利水电工程的土石方、地基与基础和岩土工程所涉及的技术规范和标准均可参考使用,如《水电水利工程预应力锚索施工规范》(DIJT5083—2004);
(4)各类交通建设中所涉及的边坡、滑坡、危岩、塌陷和沉降等工程防治的相关技术标准和规范,如《公路隧道施工技术规范》)(JTJ042—94)。
3.2地质灾害防治工程实践
3.2.1做好防治工程设计
地质灾害防治工程设计,必须根据崩塌、滑坡、不稳定斜坡的成因机制、运动模式、易发性及防治目标制定。
(1)根据致灾的成因确定主要防治途径;(2)根据灾害的易发程度、防治目标确定防治工程的强度和工程量。
3.2.2地质灾害防治工程的主要工程措施
根据地质灾害防治工程勘查设计现行行业规范,(三峡库区地质灾害防治工程质量检验评定标准》等技术标准及资料分析,国内防治地质灾害的主要工程类型有:排(截)水工程、支(拦)挡工程、加固工程、护坡工程、减载与压脚工程及搬迁和避让等,设计分别采用了对应的防治工程措施,见下表1所示。
工程类型 设计措施 主要的地质灾害类型
排(载)水工程 排(载)水沟 滑坡、塌岸、地面沉降、地面塌陷
排水盲沟 滑坡、塌岸
排水隧洞 滑坡
排水井(孔) 滑坡
支(拦)挡工程 混凝土灌注抗滑桩 滑坡、崩塌
锚拉抗滑桩 滑坡、崩塌
挡土墙 混凝土挡土墙 滑坡、危岩、崩塌、泥石流
浆砌挡墙 滑坡、危岩、崩塌、泥石流
加筋土挡墙 塌岸
防崩(落)石槽(台) 危岩、泥石流
拦石坝(墙、堤) 危岩、泥石流
拦石网与拦石柱 危岩
支撑墩(柱) 危岩
加固工程 预应力锚索(杆)加固 危岩、滑坡
格构锚固 危岩、滑坡
注浆加固 危岩、滑坡、地面沉降、地面塌陷
护坡工程 锚喷支护 危岩
砌石护坡 塌岸
石笼护坡 塌岸
锚杆与土钉墙护坡 危岩、水土流失
格构护坡 危岩、水土流失
植被护坡 塌岸、水土流失
减载与压脚工程 削方减载 滑坡、塌岸
土石压脚 滑坡、塌岸
搬迁和避让 无 滑坡、危岩、泥石流
3.2.3地质灾害工程实践
(1)工程防治措施。工程防治措施是防治地质灾害的重要组成部分,工程防治措施的适用条件及方式:大多数房后切坡造成的小型土质滑坡,选用滑坡后缘地表排水、前缘支挡或削方减载护坡等工程措施较为适应;对于中型以上滑坡,应根据工程地质勘察资料选择工程防治措施。
(2)生物防治措施。生物防治措施是指植树造林,种草护坡及合理耕牧。它具有应用范围广、投资省,能促进生态平衡,改善自然环境条件,防治作用持续时问长的特点,需较长时间才能发挥其效益。根据调查区地质灾害特点和自然经济条件,泥石流区,地面塌陷区及水土流失区应采取封山育林,退耕还林等防治措施,减少地质灾害的发生和经济损失。
(3)避让措施。①雨天避让措施。对灾害隐患点和变形斜坡,采取雨天临时避让措施,各镇在防灾预案的基础上编制安全转移预案,雨天对受威胁户一一作转移地点安排。应根据就近原则、转移地(接受户)不受地质灾害或其它灾害威胁的原则进行操作。②搬迁避让措施。对一些危险性大、危害性严重的地质灾害,防治费用超过搬迁费用或再建房仍然受地质灾害威胁的,采用搬迁避让措施。调查区需搬迁避让或已搬迁的灾点。
关键词:内涵;诱发原因;思路
中图分类号:F406文献标识码: A 文章编号:
一、前言
随着我国经济的发展,对各种水电设施掀起建设。这些设施对于我国电力供应、水库安全等起着重要作用。而水-岩土的化学作用与地质灾害对这些设施的安全有着严重的危害。而且只实践中,由于水-岩土的复杂性,常常被施工人员忽视。水-岩土化学作用的危害不仅在于岩土整体力学的变化,而且也会造成岩土不均匀的损坏,从而造成地质灾害风险。所以本文详细论述了水-岩土化学作用与地质灾害防治的相关理论、相关问题并提出了相关对策。
二、岩土工程与地质灾害的内涵
自20世纪80年代末,90年代初,我国产生了一个新的学科——地质工程学。地质工程学,是研究与解决从规划到竣工乃至工程运行后效的全过程的与地质有关的工程问题的科学。它把地质体乃至地质环境作为工程系统的组成部分来对待,这显然符合大系统工程学的思想,它包含岩土工程和地质灾害防治工程两个方面,但以后者对其特点的反映更为深刻。岩土工程是指工程建设中涉及岩土体的开挖与加固;地质灾害防治工程是对自然或人为作用产生的有害地质现象进行防范与防治。后者包含了更全面地对地质生态环境合理开发与管理的思想。地质灾害是指由于自然因素或者人为活动引发的危害人民生命财产安全或使人类赖以生存和发展的环境、资源发生严重破坏的地质现象。《地质灾害防治条例》规定,地质灾害包括山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等灾害。
在我国,大多数地质灾害现象都是人为因素引发的,据有关资料统计,近年来我国每年因地质灾害造成的经济损失约占各种自然灾害的1/4至1/5,因此,减少或制止破坏生态环境行为、及时采取地质灾害预防和防治措施,是我国当前减少损失的首要途径。
三、水一岩土化学作用环境效应的诱发原因
1.工业废水
石油、化纤、塑料、制革、造纸及印染等轻工业生产厂区周围岩土体都已有程度不等的水化学损伤造成的环境地质问题,主要是由于岩土体中渗入了大量的酸性或碱性废水.一般情况下,地下水的酸碱度为3%一7%,pH二6一7,而在这些生产厂建厂数年后的某些车间附近常发现酸碱度达20%,pH为3左右的地下水,导致地基土变得疏松多孔、变黑、变软,构筑物基础下面局部地区出现空穴,于是出现不均匀沉降,地坪开裂,结构开裂、倾斜、下陷等。
例如,某厂酸库因硫酸渗人土中产生强烈化学作用,使墙基附近的土变成稀泥浆;某造纸厂也因强碱渗漏使地基土受侵蚀产生不均匀变形而引起喷射炉体倾斜;上海某合成洗涤剂厂的喷粉车间由于所使用的有机溶剂大量渗人地下,将基础沥青碎石垫层中的沥青溶解并随地下水流失,下渗酸碱废液使混凝土及地基土受到腐蚀,导致厂房的地坪、墙、柱出现开裂,设备管道严重断裂渗漏;某厂硫按工段,由于大量硫酸、硫酸钱溶液等生产污水渗入地基,局部地区地基土被酸溶液侵蚀,造成侵蚀与未侵蚀两侧的差异沉降,导致厂房墙体及地坪开裂,屋面板拉裂,行车轨道扭曲;铁路成渝线路堑,由于列车振动及地下水汇集造成的水一岩土的相互作用,使基床岩土的物理化学风化加快,土质变差,导致基床翻浆冒泥及下沉等基床病害。
2.人类工程活动与暴雨
水库诱发地震、滑坡是人类工程活动川与水一岩土化学作用的综合体现,其中水库诱发地震,目前全世界已有100多例,我国已发生16例,均分布在我国东部。长江库区两岸由于水位的变幅较大,引起水一岩土的化学作用的周期变化,最终导致地质灾害的频繁发生,愈来愈多的人类活动导致植被的破坏、岩土开挖等,使得长江沿岸滑坡、崩塌等地质灾害的发生急剧增多。根据地矿部909水文地质工程地质大队1985-1988年调查表明,宝成线上由人类工程活动导致或激发的崩塌共397处,这其中暴雨起的作用很大。
人类工程活动开挖的碎岩石碴堆于斜坡之上,不仅增加了斜坡的上覆荷载,而目改变并加强了降水的渗透,改变了渗透水的化学成分及其与岩土的化学作用,造成这些地区岩土体不稳定问题发生的频率加大。人类工程活动对环境主要有以下3方面的作用,其中水一岩土化学作用对环境效应的作用也各有其特点:岩土开挖,引起岩土损伤、新弱面的出现,并改变渗流场中地下水的源、汇的分布与强度,从而改变局部地下水流动系统,导致水一岩土化学作用模式的变化;水流、水体调节,在人类活动扰动下,地表及地下水系统受到的影响表现为水位、渗流方向、梯度、速度的变化,从而弓}起水一岩土化学作用的变化;工程热力作用.由于在工程和岩土界面上的热传播,可导致岩土介质中温度变化。
四、地质灾害防治的研究思路及方法
在地质灾害防治中,要注意地质环境因素的充分、合理的综合利用。不同类型的地质灾害,其形成机理很不相同,但在许多岩土不稳定性地质灾害中,水的化学作用可看作地质灾害的一个主要的劣化因素,此方面的研究对地质环境的合理利用与保护有重大意义。因此,对于地质灾害防治,在分析物理力学的同时,还应重视水-岩土的化学作用的研究。
自然界中水-岩土的化学作用处于一个开放的不平衡系统,它具有一定的演化历程,是一个动态的系统,它对岩土的力学效应也是动态的,目前的作用处于一定的演化阶段。在以往地质灾害与防治的研究中,对动态的水-岩土化学作用及其人类工程活动的改造重视不够。例如,在滑坡治理方面,过去多采用桩、排、支、挡、护、砌、锚等措施,以改善坡体内部应力条件或提高岩土体强度。但在环境水文地质条件分析中,对水-岩土化学作用的历程,以及如何综合利用水-岩土相互作用的特性来达到预防、控制和治理地质灾害方面的研究重视不够。
而且,对于人类工程活动也对地质环境的水-岩土相互作用有重要影响。人类工程活动对地质环境的扰动,引起地质环境各要素及总体环境发生变化,改造了地下水流动系统(包括介质场、水势场、水化学场、温度场),于是,加强或诱发了地质灾害的发生,这已成为人类活动中的一个重要问题。因此,人类工程活动要重视地下水流动系统的环境保护。
因此,我们认为,全面运用物理、力学、化学的观点来解释岩土的物理力学性质,是今后地质灾害形成机理及其防治研究的发展方向。在研究思路中,要以地质演化和人类工程活动影响的观念,加强水-岩相互作用(包括物理的和化学的)系统的动态研究。地质灾害形成机理及其防治与水-岩土相互作用过程的关系的研究,主要包括三个方面:第一,水-岩土相互作用系统的演化历史过程对岩土的力学效应; 第二,水-岩土相互作用系统现处的一定演化阶段与岩土力学性的关系; 第三,人类工程活动或地质环境自然演化以后的水-岩土相互作用演化趋势对岩土的力学效应。
五、结束语
综上所述,本文对水-岩土化学作用的内涵,对环境作用的发展原因,提出了对地质灾害相关的解决对策。本文试图对水-岩土化学作用的机理进行阐述,对各种岩土工程的质量影响原因,目的在于为水-岩土化学作用与地质灾害防治的研究与实践提供参考。
参考文献:
[1]年小苏. 在三峡库区调研时的讲话要点[J]. 国土资源通讯. 2011 (13)