巖土工程是一門(mén)既古老又新近的專業(yè)技術(shù)。上古時(shí)代, 人類修道路、挖渠道、建居室,就與巖石和土打交道。近代工業(yè)化過(guò)程中,建廠房、開(kāi)礦山、修鐵路、興水利等土木工程實(shí)踐中,涉及到許多與巖土有關(guān)的問(wèn)題,如地基的承載能力、邊坡的穩(wěn)定、地下水的控制、巖土材料的利用等等。但巖土工程真正成為一門(mén)獨(dú)立的專業(yè),則不到半個(gè)世紀(jì),傳人我國(guó)只二十幾年。對(duì)巖土工程的涵義,巖土工程師的執(zhí)業(yè)范圍,至今還有不同認(rèn)識(shí)。本文擬談一些自己的看法,與同行們探討。
1 巖土工程的內(nèi)涵
對(duì)巖土工程的定義有幾種不完全相同的表述:
《巖土工程基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》定義為:“土木工程中涉及巖石和土的利用、處理和改良的科學(xué)技術(shù)?!敝袊?guó)大百科全書(shū)定義為:“土木工程的一個(gè)分支,以工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程為理論基礎(chǔ),涉及巖石和土的利用、整治和改造的一門(mén)技術(shù)科學(xué)?!?也有專家定義為:“土木工程的一個(gè)分支,研究巖土體(包括其中的水)作為支承體、荷載、介質(zhì)或材料,必要時(shí)對(duì)其改良或治理的一門(mén)工程技術(shù)?!?BR> 以上表述方法雖不完全一致,但主要方面是相似或相同的。第一、巖土工程是土木工程的一個(gè)分支;第二、研究對(duì)象是巖石和土,包括巖土中的水;第三、是一門(mén)技術(shù)科學(xué)或工程技術(shù)。
2 巖土工程的外延
巖土工程的實(shí)踐性很強(qiáng),從工程實(shí)踐角度,包括下列范圍:
(1)巖土作為支承體
房屋建筑、道路、橋梁、堆場(chǎng)、大型設(shè)備等等,都建造在巖土上,巖土作為地基,作為支承體,研究的主要問(wèn)題是承載力和變形問(wèn)題。
(2)巖土作為荷載或自承體
邊坡工程、基坑工程、露天礦等地面開(kāi)挖,隧道、地下洞室等地下開(kāi)挖,面臨的是另一類穩(wěn)定和變形問(wèn)題。這時(shí),巖土體擔(dān)任的角色, 既可能是荷載,也可能是自承體。同時(shí),地下水的控制常常具有舉足輕重的影響。
(3)巖土作為材料
填方工程,特別是大面積高填方、填海造陸,要用大量巖土作為材料;圍堰、水壩、路堤等也用巖土為材料。這些工程除了研究其穩(wěn)定和變形外,巖土材料的選用和質(zhì)量控制是主要問(wèn)題。
(4)地質(zhì)災(zāi)害的防治
巖溶、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害,對(duì)工程構(gòu)成嚴(yán)重威脅,防治工程必須針對(duì)具體條件和地質(zhì)演化規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)也是巖土工程的一部分。
(5)環(huán)境巖土工程
地質(zhì)和水文地質(zhì)環(huán)境的評(píng)估、廢棄物的衛(wèi)生填埋、土石文物的保護(hù)等等,都涉及復(fù)雜的環(huán)境巖土工程問(wèn)題。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,人地和諧的認(rèn)知,可持續(xù)發(fā)展方針的貫徹,環(huán)境巖土工程正日益受到加大的重視。
還可以舉出一些,但主要是以上五大類。
以上各類工程,不僅涉及天然巖土,還包括各種人工土,包括對(duì)天然土的加固和改良,利用排水、壓實(shí)、加筋、改性、注漿、錨定、設(shè)置增強(qiáng)體等方法,改變巖土體的強(qiáng)度、變形和滲透性能。巖土加固和改良是巖土工程的重要組成。
我們可以從第九屆優(yōu)秀勘察申報(bào)項(xiàng)目了解巖土工程的范圍:如秦嶺隧道、嶺澳核電廠、三峽五級(jí)船閘、龍羊峽水電工程、小浪底水電工程、白云機(jī)場(chǎng)和肖山機(jī)場(chǎng)、許多高層建筑、唐山巖溶塌陷治理、滑坡治理、大型露天礦山邊坡、城市地下綜合管廊、海上采油井場(chǎng)、三峽水庫(kù)岸邊浸沒(méi)區(qū)治理等等,還有深基坑支護(hù)、公路、尾礦、動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)、巖土工程檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)等等。雖然并不全面,但可以看出,巖土工程涉及的范圍是很廣的。
3 巖土工程和相鄰專業(yè)的關(guān)系
巖土工程與許多專業(yè)關(guān)系密切,且互相搭接,邊界模糊。邊界附近你中有我,我中有你。諸如:工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)工程、水利和水電工程、道路橋粱和隧道工程、港口和航道工程、采礦工程、地震工程、海洋工程、環(huán)境工程等。下面僅就巖土工程與工程地質(zhì)的關(guān)系,巖土工程與結(jié)構(gòu)工程的關(guān)系做些說(shuō)明:
(1)巖土工程與工程地質(zhì)的關(guān)系
首先說(shuō)明工程地質(zhì)與巖土工程的區(qū)別。
工程地質(zhì)是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支,是研究與工程建設(shè)有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。工程地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生源于土木工程的需要,其本質(zhì)是一門(mén)應(yīng)用科學(xué);巖土工程是土木工程的一個(gè)分支,其本質(zhì)是一門(mén)工程技術(shù)。從事工程地質(zhì)的是地質(zhì)專家(地質(zhì)師),側(cè)重于研究地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)成因和演化、地質(zhì)規(guī)律、地質(zhì)與工程的相互作用;從事巖土工程的是工程師,關(guān)心的是如何根據(jù)工程目標(biāo)和地質(zhì)條件,建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解決工程建設(shè)中的巖土技術(shù)問(wèn)題。因此,無(wú)論學(xué)科領(lǐng)域、工作內(nèi)容、關(guān)心的問(wèn)題,兩者都是有區(qū)別的。
但是,工程地質(zhì)與巖土工程的關(guān)系又非常密切。有人說(shuō),工程地質(zhì)是巖土工程的基礎(chǔ),巖土工程是工程地質(zhì)的延伸,雖然不一定十分確切,但有一定道理。巖土工程師面臨的巖土材料,無(wú)論性能和結(jié)構(gòu),都是自然形成,都是經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史,是多種復(fù)雜地質(zhì)作用下的產(chǎn)物。對(duì)巖土的性能和結(jié)構(gòu),只能通過(guò)勘察來(lái)查明,而又不能完全查明。一些關(guān)鍵性的問(wèn)題,需根據(jù)地質(zhì)規(guī)律推測(cè)或預(yù)測(cè)。尤其在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的山區(qū),有經(jīng)驗(yàn)的工程地質(zhì)學(xué)家,通過(guò)地面調(diào)查,就可大致判斷地質(zhì)構(gòu)造的輪廓,利用物探、鉆探、槽井探等,由粗而細(xì),由淺而深,構(gòu)造出工程地質(zhì)模型。沒(méi)有地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ),哪能識(shí)別斷層?哪能識(shí)別軟夾層和結(jié)構(gòu)面的空間分布?哪能說(shuō)清地下水的賦存和運(yùn)動(dòng)規(guī)律?如果要開(kāi)挖隧道,哪些地段會(huì)冒頂?哪些地段會(huì)突水?在地質(zhì)復(fù)雜地區(qū),離開(kāi)了工程地質(zhì)專家,土木工程寸步難行。
(2)巖土工程和結(jié)構(gòu)工程的關(guān)系
巖土工程和結(jié)構(gòu)工程關(guān)系密切,這是顯而易見(jiàn)的。無(wú)論房屋結(jié)構(gòu)或橋梁結(jié)構(gòu),都建造在地基上。地基是否穩(wěn)定,直接影響結(jié)構(gòu)的安危;地基是否會(huì)產(chǎn)生過(guò)量變形,直接影響結(jié)構(gòu)的功能,產(chǎn)生的次應(yīng)力可能使結(jié)構(gòu)超過(guò)設(shè)計(jì)極限。地基出了問(wèn)題又很難補(bǔ)救。因此結(jié)構(gòu)工程十分關(guān)心地基的穩(wěn)定和變形?,F(xiàn)在,一般地基設(shè)計(jì)均由結(jié)構(gòu)工程師考慮上部結(jié)構(gòu)要求統(tǒng)一完成,只有復(fù)雜地基基礎(chǔ)問(wèn)題或需專門(mén)處理的地基才要求巖土工程師參與。同樣,巖土工程師在進(jìn)行地基的勘察設(shè)計(jì)時(shí),必須詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)的型式、荷載及其分布,特別是基礎(chǔ)的型式和剛度,了解對(duì)地基變形的限制要求,以便有的放矢。巖土工程師與結(jié)構(gòu)工程師的密切配合至關(guān)重要。
結(jié)構(gòu)和地基是一個(gè)整體,相互作用,相互影響。地基的變形會(huì)改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,結(jié)構(gòu)的荷載分布和不同剛度會(huì)產(chǎn)生不同的地基變形。人們常常用調(diào)整基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)剛度的辦法來(lái)適應(yīng)地基變形,地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用分析是當(dāng)前的熱門(mén)話題。反過(guò)來(lái),也可通過(guò)地基處理提高地基的承載力和剛度來(lái)適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的要求。
巖土工程與結(jié)構(gòu)工程你中有我,我中有你,互相搭接,互相重疊的例子不勝枚舉。例如樁基礎(chǔ),作為結(jié)構(gòu)的延伸,是結(jié)構(gòu)的一部分,但樁基的承載力和變形則主要取決于巖土,與巖土的關(guān)系更為密切。再如基坑工程,土方開(kāi)挖、地下水的治理、土壓力的計(jì)算等等都與巖土有關(guān),但護(hù)坡樁、地下連續(xù)墻、錨桿、內(nèi)支撐等都是結(jié)構(gòu)。邊坡工程和地質(zhì)災(zāi)害的治理,似乎應(yīng)當(dāng)屬于巖土工程,但常常離不開(kāi)結(jié)構(gòu)措施。單純的巖土工程,如圍海造陸、堤岸工程,大面積高填方等并不多。結(jié)構(gòu)工程師和巖土工程師雖然有所分工,有所側(cè)重,但互相互配合的居多。因此,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)具備必要的巖土知識(shí),巖土工程師也必須具備必要的結(jié)構(gòu)知識(shí)。由于一般情況下結(jié)構(gòu)專業(yè)處于主導(dǎo)地位,故巖土工程師承擔(dān)的主要任務(wù), 經(jīng)常是結(jié)構(gòu)工程師覺(jué)得難以承擔(dān)的較為復(fù)雜的或較為專門(mén)的巖土工程任務(wù)。
1 巖土工程的內(nèi)涵
對(duì)巖土工程的定義有幾種不完全相同的表述:
《巖土工程基本術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》定義為:“土木工程中涉及巖石和土的利用、處理和改良的科學(xué)技術(shù)?!敝袊?guó)大百科全書(shū)定義為:“土木工程的一個(gè)分支,以工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、土力學(xué)與基礎(chǔ)工程為理論基礎(chǔ),涉及巖石和土的利用、整治和改造的一門(mén)技術(shù)科學(xué)?!?也有專家定義為:“土木工程的一個(gè)分支,研究巖土體(包括其中的水)作為支承體、荷載、介質(zhì)或材料,必要時(shí)對(duì)其改良或治理的一門(mén)工程技術(shù)?!?BR> 以上表述方法雖不完全一致,但主要方面是相似或相同的。第一、巖土工程是土木工程的一個(gè)分支;第二、研究對(duì)象是巖石和土,包括巖土中的水;第三、是一門(mén)技術(shù)科學(xué)或工程技術(shù)。
2 巖土工程的外延
巖土工程的實(shí)踐性很強(qiáng),從工程實(shí)踐角度,包括下列范圍:
(1)巖土作為支承體
房屋建筑、道路、橋梁、堆場(chǎng)、大型設(shè)備等等,都建造在巖土上,巖土作為地基,作為支承體,研究的主要問(wèn)題是承載力和變形問(wèn)題。
(2)巖土作為荷載或自承體
邊坡工程、基坑工程、露天礦等地面開(kāi)挖,隧道、地下洞室等地下開(kāi)挖,面臨的是另一類穩(wěn)定和變形問(wèn)題。這時(shí),巖土體擔(dān)任的角色, 既可能是荷載,也可能是自承體。同時(shí),地下水的控制常常具有舉足輕重的影響。
(3)巖土作為材料
填方工程,特別是大面積高填方、填海造陸,要用大量巖土作為材料;圍堰、水壩、路堤等也用巖土為材料。這些工程除了研究其穩(wěn)定和變形外,巖土材料的選用和質(zhì)量控制是主要問(wèn)題。
(4)地質(zhì)災(zāi)害的防治
巖溶、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害,對(duì)工程構(gòu)成嚴(yán)重威脅,防治工程必須針對(duì)具體條件和地質(zhì)演化規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。場(chǎng)地和地基的地震效應(yīng)也是巖土工程的一部分。
(5)環(huán)境巖土工程
地質(zhì)和水文地質(zhì)環(huán)境的評(píng)估、廢棄物的衛(wèi)生填埋、土石文物的保護(hù)等等,都涉及復(fù)雜的環(huán)境巖土工程問(wèn)題。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,人地和諧的認(rèn)知,可持續(xù)發(fā)展方針的貫徹,環(huán)境巖土工程正日益受到加大的重視。
還可以舉出一些,但主要是以上五大類。
以上各類工程,不僅涉及天然巖土,還包括各種人工土,包括對(duì)天然土的加固和改良,利用排水、壓實(shí)、加筋、改性、注漿、錨定、設(shè)置增強(qiáng)體等方法,改變巖土體的強(qiáng)度、變形和滲透性能。巖土加固和改良是巖土工程的重要組成。
我們可以從第九屆優(yōu)秀勘察申報(bào)項(xiàng)目了解巖土工程的范圍:如秦嶺隧道、嶺澳核電廠、三峽五級(jí)船閘、龍羊峽水電工程、小浪底水電工程、白云機(jī)場(chǎng)和肖山機(jī)場(chǎng)、許多高層建筑、唐山巖溶塌陷治理、滑坡治理、大型露天礦山邊坡、城市地下綜合管廊、海上采油井場(chǎng)、三峽水庫(kù)岸邊浸沒(méi)區(qū)治理等等,還有深基坑支護(hù)、公路、尾礦、動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)、巖土工程檢驗(yàn)和監(jiān)測(cè)等等。雖然并不全面,但可以看出,巖土工程涉及的范圍是很廣的。
3 巖土工程和相鄰專業(yè)的關(guān)系
巖土工程與許多專業(yè)關(guān)系密切,且互相搭接,邊界模糊。邊界附近你中有我,我中有你。諸如:工程地質(zhì)、結(jié)構(gòu)工程、水利和水電工程、道路橋粱和隧道工程、港口和航道工程、采礦工程、地震工程、海洋工程、環(huán)境工程等。下面僅就巖土工程與工程地質(zhì)的關(guān)系,巖土工程與結(jié)構(gòu)工程的關(guān)系做些說(shuō)明:
(1)巖土工程與工程地質(zhì)的關(guān)系
首先說(shuō)明工程地質(zhì)與巖土工程的區(qū)別。
工程地質(zhì)是地質(zhì)學(xué)的一個(gè)分支,是研究與工程建設(shè)有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的科學(xué)。工程地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生源于土木工程的需要,其本質(zhì)是一門(mén)應(yīng)用科學(xué);巖土工程是土木工程的一個(gè)分支,其本質(zhì)是一門(mén)工程技術(shù)。從事工程地質(zhì)的是地質(zhì)專家(地質(zhì)師),側(cè)重于研究地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)成因和演化、地質(zhì)規(guī)律、地質(zhì)與工程的相互作用;從事巖土工程的是工程師,關(guān)心的是如何根據(jù)工程目標(biāo)和地質(zhì)條件,建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解決工程建設(shè)中的巖土技術(shù)問(wèn)題。因此,無(wú)論學(xué)科領(lǐng)域、工作內(nèi)容、關(guān)心的問(wèn)題,兩者都是有區(qū)別的。
但是,工程地質(zhì)與巖土工程的關(guān)系又非常密切。有人說(shuō),工程地質(zhì)是巖土工程的基礎(chǔ),巖土工程是工程地質(zhì)的延伸,雖然不一定十分確切,但有一定道理。巖土工程師面臨的巖土材料,無(wú)論性能和結(jié)構(gòu),都是自然形成,都是經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史,是多種復(fù)雜地質(zhì)作用下的產(chǎn)物。對(duì)巖土的性能和結(jié)構(gòu),只能通過(guò)勘察來(lái)查明,而又不能完全查明。一些關(guān)鍵性的問(wèn)題,需根據(jù)地質(zhì)規(guī)律推測(cè)或預(yù)測(cè)。尤其在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的山區(qū),有經(jīng)驗(yàn)的工程地質(zhì)學(xué)家,通過(guò)地面調(diào)查,就可大致判斷地質(zhì)構(gòu)造的輪廓,利用物探、鉆探、槽井探等,由粗而細(xì),由淺而深,構(gòu)造出工程地質(zhì)模型。沒(méi)有地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ),哪能識(shí)別斷層?哪能識(shí)別軟夾層和結(jié)構(gòu)面的空間分布?哪能說(shuō)清地下水的賦存和運(yùn)動(dòng)規(guī)律?如果要開(kāi)挖隧道,哪些地段會(huì)冒頂?哪些地段會(huì)突水?在地質(zhì)復(fù)雜地區(qū),離開(kāi)了工程地質(zhì)專家,土木工程寸步難行。
(2)巖土工程和結(jié)構(gòu)工程的關(guān)系
巖土工程和結(jié)構(gòu)工程關(guān)系密切,這是顯而易見(jiàn)的。無(wú)論房屋結(jié)構(gòu)或橋梁結(jié)構(gòu),都建造在地基上。地基是否穩(wěn)定,直接影響結(jié)構(gòu)的安危;地基是否會(huì)產(chǎn)生過(guò)量變形,直接影響結(jié)構(gòu)的功能,產(chǎn)生的次應(yīng)力可能使結(jié)構(gòu)超過(guò)設(shè)計(jì)極限。地基出了問(wèn)題又很難補(bǔ)救。因此結(jié)構(gòu)工程十分關(guān)心地基的穩(wěn)定和變形?,F(xiàn)在,一般地基設(shè)計(jì)均由結(jié)構(gòu)工程師考慮上部結(jié)構(gòu)要求統(tǒng)一完成,只有復(fù)雜地基基礎(chǔ)問(wèn)題或需專門(mén)處理的地基才要求巖土工程師參與。同樣,巖土工程師在進(jìn)行地基的勘察設(shè)計(jì)時(shí),必須詳細(xì)了解結(jié)構(gòu)的型式、荷載及其分布,特別是基礎(chǔ)的型式和剛度,了解對(duì)地基變形的限制要求,以便有的放矢。巖土工程師與結(jié)構(gòu)工程師的密切配合至關(guān)重要。
結(jié)構(gòu)和地基是一個(gè)整體,相互作用,相互影響。地基的變形會(huì)改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)力,結(jié)構(gòu)的荷載分布和不同剛度會(huì)產(chǎn)生不同的地基變形。人們常常用調(diào)整基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)剛度的辦法來(lái)適應(yīng)地基變形,地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用分析是當(dāng)前的熱門(mén)話題。反過(guò)來(lái),也可通過(guò)地基處理提高地基的承載力和剛度來(lái)適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的要求。
巖土工程與結(jié)構(gòu)工程你中有我,我中有你,互相搭接,互相重疊的例子不勝枚舉。例如樁基礎(chǔ),作為結(jié)構(gòu)的延伸,是結(jié)構(gòu)的一部分,但樁基的承載力和變形則主要取決于巖土,與巖土的關(guān)系更為密切。再如基坑工程,土方開(kāi)挖、地下水的治理、土壓力的計(jì)算等等都與巖土有關(guān),但護(hù)坡樁、地下連續(xù)墻、錨桿、內(nèi)支撐等都是結(jié)構(gòu)。邊坡工程和地質(zhì)災(zāi)害的治理,似乎應(yīng)當(dāng)屬于巖土工程,但常常離不開(kāi)結(jié)構(gòu)措施。單純的巖土工程,如圍海造陸、堤岸工程,大面積高填方等并不多。結(jié)構(gòu)工程師和巖土工程師雖然有所分工,有所側(cè)重,但互相互配合的居多。因此,結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)具備必要的巖土知識(shí),巖土工程師也必須具備必要的結(jié)構(gòu)知識(shí)。由于一般情況下結(jié)構(gòu)專業(yè)處于主導(dǎo)地位,故巖土工程師承擔(dān)的主要任務(wù), 經(jīng)常是結(jié)構(gòu)工程師覺(jué)得難以承擔(dān)的較為復(fù)雜的或較為專門(mén)的巖土工程任務(wù)。