西部工程建设中的岩土工程问题

摘要 鉴于岩土工程在工程建设中的重要性和西部开发的不断深入中所遇到的岩土工程问题不断增多，系统的介绍了在西部地区开展工程建设中可能遇到的各类岩土工程问题。主要包括:西部大开发基础设施建设中的黄土力学问题；西部水利及交通建设中的冻土力学问题；西南地震活跃带的岩土体动力学问题。

关键词： 西部开发；岩土工程；黄土；冻土；地震活跃带；土的动力学特性

Abstract：Geotechnical problems encountered in view of the importance of geotechnical engineering in the engineering construction and development of the west, the deepening of the growing system construction projects that may be encountered in the western region to carry out various types of geotechnical problems. Include: western development infrastructure construction in the loess mechanics; the western water conservancy and transportation construction in frozen soil mechanics; southwest of the seismically active zone of rock and soil dynamics problems.

Keywords: western development; geotechnical engineering; loess; permafrost; seismically active zone; the dynamic characteristics of soil

中图分类号：TU444 文献标识码：A文章编号：

1.引言

在西部大开发的过程中，基础设施建设势必先行。西部开发中的基础设施建设涉及很多关于岩土力学的问题，解决好这个问题，是顺利完成西部基础设施建设的基础条件和有力保证。首先，我国西部地区分布广泛的是黄土，是一种孔隙率较大，干燥状态下具有较高的结构强度而遇水则易湿陷的特殊土类，因此，建设在该土体上建筑物经常会因为地下水位的变化、雨水入渗或生活污水排泄等原因而发生地基的沉降，进而导致建筑物被破坏，故黄土的工程特性与力学特性是西部大开发的基础设施建设中要面对的最主要问题之一。同时，西北部广阔寒区分布着多年冻土与季节性冻土，它们的力学特性、工程特性以及热学特性等问题是西部青藏铁路、青康公路、南水北调西线等大型交通工程和水利工程要面对的又一重要岩土力学与工程问题。其次，西南地区地震活跃带的岩土体动力学问题也是西部基础设施建设中涉及的重要的、有代表性的岩土工程和岩土力学问题。现就这些问题分别论述如下。

2.西部大开发基础设施建设中的黄土力学问题

黄土广泛的分布在我国西北、华北等地区，在西部进行的基础设施、国防设施以及生态环境等建设中，都会遇到各种各样的黄土病害。例如：在黄土地上的建筑物因为地基黄土遇水湿陷而发生裂缝与倾斜；黄土的高填方路基在施工完成后的徐变沉降；高挖方渠道边坡的滑坡；黄土淤泥大坝的管涌与湿陷裂缝；塬边黄土滑坡对坡地下公路、铁路以及居民农业生产等的威胁；黄土地基中的桩基由于黄土湿陷而产生的负摩擦被破坏；黄土隧洞的围岩失稳问题等。致力于黄土力学与黄土工程的学者对黄土的工程特性与力学性质进行长期的研究。其中主要针对黄土对水的敏感性，在水对黄土的强度、变形和本构关系的影响规律方面取得了丰硕的研究成果。在试验研究中，由以前的侧限压缩试验发展到三轴压缩试验、真三轴压缩试验以及各种复杂的应力路径下的压缩试验。在应用研究方面也从对某一点的黄土的研究发展到对黄土地区黄土土体分布规律的研究以及经验关系的研究；从对黄土力学及工程特性描述发展到对黄土工程特性的改造并在此基础上编撰了黄土工程勘察设计规范。

在学术研究中，基于对原状黄土、饱和原状黄土和扰动重塑黄土的无侧限压缩试验和侧限压缩试验，使用扰动加荷以及浸水的方法使黄土的结构势释放出来，从而进行量测量化参数，即量测黄土的综台结构势，这是黄土力学研究取得的新进展。但黄土对水的特殊敏感性及其导致的特殊的湿陷变形性方面的研究却仍未能取得突破，目前针对其研究工作仍局限在饱和黄土的范围内，而对于工程中最常见的非饱和黄土和原状黄土的研究仍处于起步阶段，这些研究距离指导黄土工程设计和施工实践还有很长的路要走。深入全面研究黄土的增湿减湿变形性质，把黄土的结构性纳入非饱和黄土本构关系的考虑范围，对黄土的微观结构在全面研究的基础上做到充分的了解。进而对其做出合理的数理描述。综上所述，目前在黄土地区进行工程建设所涉及的重要研究领域包括：（1）黄土的结构性机理、应用型黄土结构性参数以及结构性本构关系模型的研究；（2）黄土中的水分入渗、迁移以及转移规律的研究及数值分析方法；（3）黄土的增湿减湿变形发展规律研究；（4）黄土动力特性研究与黄土工程在抗震稳定性方面的试验研究；（5）埋藏较深的湿陷性黄土层的工程处理方法研究：（6）黄土地区的工程建设经验的总结以及技术标准的研究。

3．西部水利及交通建设中的冻土力学问题

我国的季节性冻土与永久性冻土面积约占国土总面积的60%，且主要分布在东北、华北、西北及西南山区。随着西部大开发战略的深入实施，越来越多的基础建设将在广大的寒冷地区实施，因此冻土力学问题会突出的显现出来。例如建于冻土地区的房屋基础会发生冻胀与融沉，铁路路轨会冻胀、隆起，公路路基会发生泛浆、融沉，以及隧洞的挂冰与冻裂等。冻土地区发生工程冻害问题主要原因就是冻土的冻胀及融沉作用。发生这一问题的本质原因是冻土颗粒多孔介质中存在四相物质，分别是：土骨架、未冻水、空气与冰晶体，这四种物质在压力、温度、变形与土水势等外界因素的作用下发生迁移、扩散以及相变等运动。国内外许多学者研究过多孔多相介质固液耦合问题。鉴于上述问题，在西部开发中的冻土研究领域可能会涉及的问题主要有：（1）冻土的温度场特性与其冻结特性的相互作用机理研究；（2）冻土水分迁移机理与其温度特性的耦台机理研究；（3）冻土的变形场、水分迁移场、温度场的应用型耦合模型开发研究；（4）冻土水分迁移的特性与其冻胀特性的耦合机理研究；（5）冻土和融土的结构变化规律及其强度规律研究；（6）冻土和融土的热、水交换边界变化下的转化规律研究；（7）土体的级配，饱和度、含水量以及温度与冻胀的影响研究；（8）土体的含水量、组构、含水量、以及级配对土体的热传导性质影响的研究。

4．西南地震活跃带的岩土体动力学问题

我国西南山区为地震高烈度设防区域，地震活动较为频繁。因此在此地区将要建设的许多工程均面临着岩土体在动力作用下的稳定性题。例如：（1）地基或堤坝在地震动力的循环荷载作用发生的变形及其强度特性，这是建筑物安全的直间影响因素；（2）坝肩与坝基岩体裂隙在地震的反复作用下加深加宽的变化规律；（3）地基基岩在地震的循环荷载的作用下发生疲劳损伤的规律；（4）地基中的软弱夹层在地震荷载作用下发生液化、滑移的规律；（5）具有裂隙的岩石在动渗透水与地震荷载的共同作用抗剪强度降低与裂隙加深的规律；（6）地应力较高的区域的工程抗震与爆破问题。上述问题的力学本质是裂隙岩体在动力作用下力学特性以及裂隙岩体在地震荷载作用下的稳定性。

5.结语

岩土体是各类建筑物和构筑物的根基，故了解岩土的力学特性与工程性质是在岩土体上开展各类工程建设的基础条件，然而岩土的力学特性和工程性质却是相当复杂的。首先，岩土本身种类繁多，各种不同的土体具备不同的工程性质，这就要求我们在工程建设前针对不同区域的岩土做分析研究；其次，岩土本身就是一种三相混合体，其三相比例对其力学特性和工程性质有着很大的影响，尤其是其中水的含量对强度，压缩性起着决定性作用，因此我们对某一特定地区的土体仍要做详细的力学性质试验。

参考文献

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[2]:谢定义.黄土力学特性与应用研究的过去、现在和未来[J].地下空间，1999

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