人类工程活动与地质环境的相互作用Word文档格式.docx

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1.2工程地质环境承载力对工程活动的制约

工程地质环境要素主要有水、土、工程空间（包括地面和地下空间），因此地质环境承载力按照不同地质要素分解成地下水环境承载力、土壤环境承载力、地面工程承载力和地下空间承载力。

环境要素的承载力制约着工程活动的建设。

在工程建设中各阶段所要考虑的地质环境制约，主要有5方面:

（1）地圈宏观环境;

（2）地质灾害;

（3）岩土地质环境;

（4）水文地质环境;

（5）次生环境。

这些环境因素通过其对工程地区的区域稳定性、深部稳定性、地面稳定性、山体稳定性和围岩稳定性直接影响到工程的规划、选址、设计、施工和运行中的工程决荒对于地质灾害、岩土地质、水文地质的作用。

在传统的工程地质评价中已经考虑得较多，但对于地圈环境及次生环境则重视不够，往往缺乏足够的估价。

结果往往造成更严重的环境地质问题。

宏观地质环境指以岩石圈为主和大气、生物、水圈相互作用形成的区域性地圈地质环境，表现为岩土、水土及地下水等大面积的运移，如泥沙运移、水土流失、荒漠化、土地浸没、河道迁他海水入侵、土地盐渍化、土层冻融等典型的实例为黄河三门峡水库，由于黄土高原来沙量过大，建成后无法解决淤沙问题，进行改建时只好削减发电和蓄洪量，以加大排沙量，才能使工程地质环境对工程的制约的功能达到规划和设计的目标

次生地质环境指受已建工程的影响，而使原生地质环境有明显变化的地质环境在矿区进行工业、民用和道路工程建设时，必须预先估计矿区开采时已造成的、或将要造成的岩土结构破损和岩土运栋尤其是对尚未出现，但在已建或在建工程影响范围内，次生地质环境问题必须予以重视例如:

抚顺石油一厂建于抚顺煤矿露天采坑上盘，建厂时，距采坑边界较远，未能预见厂区地质环境的变化，但随着开采面的加深和向侧帮推移，石油一厂地基变形、开裂、厂房及炼油设施遭到损坏;

韩城电厂受邻近地下采煤的影响，发生滑动位移及地基变形;

南水北调中线工程经过矿山地下采空区，其地面岩层受塌陷变形，其范围必须查明并采取必要的工程措施以确保安全目前正在勘测设计的金沙江向家坝水电站，坝址两岸煤层受当地居民多年开采，山体受到松动，在坝址选择上应尽量避开采空。

2.人类活动对地质环境的影响

2.1人类活动的内容

人类工程活动是指采取工程措施进行能源、资源开发利用，工农业基础设施和人民生活设施的建设等有关活动，包括规划，设计、施工、开采和运行等人类的活动，不论其生活生产和社会等活动都依赖于工程设施，即人类工程活动所提供的产品一一矿山或建筑椒按照工程建设的行业功能来看，可分为水利水电工程、交通运输、矿业工程、化学冶金等工业基地，城镇设施，国防基地工程，灾害防治及环境保护工程等。

2.2人类工程活动地质效应

地质环境作为自然系统处于其自身演化过程地质环境经过岩层建造、构造变形表生演化形成工程前期的地质格忌在无工程建设的条件下，它继续遵从表生演化的规律变化。

例如，在地面表现为物质的风化剥蚀、运移和沉积，以及相应的地形变化;

在某些剧烈的大气、水的影响下，岸坡受到严重侵蚀，引起滑坡和崩塌，之后又恢复平衡状态

人类工程活动主要是从事工程建设，通过规划、选址、设计提出工程兴建的方案，然后进行施工，建成工程后继续维护和运布T}从工程的功能来看，可分为矿山工程交通工程、水利水电工程地下水资源工程城市和工业建设等类型每种工程项目都可能是不同规模的建筑物系统，这些建筑物的兴建和运营，以各种不同作用方式产生对地质环境系统的扰动，造成地质环境系统中因子能量的增长或减弱，因而改变整个系统的状态，造成地质环境质量的变化从工程建设的兴建和运行过程中可能对地质环境系统产生的作用来看，可有以下几种方式（表1）

表1.工程活动对地质环境的作用

序号

工程作用类型

作用方式

作用结果

1

工程荷载

建筑物对地基或围岩加载

1地基及其周围变形:

2地基及周围应力集中区内的岩土屈服拉张变形

2

岩土开挖

形成新临空而及应力释放

1临陆空而外岩土变形:

2应力调整及出现屈服区和拉张区:

3地下水排出，引起动态变化:

4地下水补给，引起水质恶化

3

水流、

水体调节

岩土中水的排出及补入

1岩土中渗压改变:

2岩土的水理软化:

3岩土的水力祸合:

4地下水水量水质改变

4

工程热

力作用

岩土中温度的改变

1岩土中附加温度应力与变形:

2岩土水温度改变.触发水岩的水理、水化作用

工程载荷工程建筑物的自重及其运行时与其他自然和人为作用力的叠加，造成在工程和地质介质边界面的荷载如大坝作用在地基上的坝体自重力和水库中水推力组成的荷载;

高层建筑物在地基上作用荷载为其自重、内部设施自重和所受风力等组成;

桥梁作用在桥基上为其自重及桥上行车、行人荷载;

而用于地下贮存或运输流体的洞室，则以其内部流体的压力施加于岩面上按荷载的性质可分为静荷载动荷载及周期重复荷载一般工程荷载，可用工程与岩土界面上的压力来表征。

岩土开挖矿山和大型工程建设都离不开岩土的开挖，在开挖的岩土面上建基，这是工程建设的普遍行为。

矿山为了采集矿石必须进行大规模的岩土开挖，而地下空间的利用，如隧洞、地下厂房、地下洞库等亦需大量开拣即使是地面工程为平整地面和设置地基面等也要开挖岩土，形成基坑、沟槽、渠道工程活动中的岩土开挖，对地质环境可产生多种作用和影响，如:

岩土应力状态的卸载和调整;

岩土开挖爆破损伤和振动;

岩土临空面位置、形态的改变;

在开挖后形成的界面上承受建筑物的荷载;

由于开挖引起地下水的排I},地表水的聚集;

开挖后岩土的堆积和处理等

水流水体调节有相当一部分工程其功能就是对水流水体的调节，如水库、水渠、输水隧洞、堤坝等水利工程建筑，又如钻孔、水井等地下水供水工程，则起到调节地下水的功能广义地讲，石油、天然气的开采地下水及热水开采、油气的地下储存，都是水及流体的调节工程由于极大部分工程都涉及到岩土开挖，因此，都在不同程度上影响到地下水的排泄和水位的动态过程，也可认为是工程的水文作用。

在工程作用下地表及地下水系统受到的影响，表现为水位水流方向、梯度、速度的变化，同时由于水岩作用也可产生物理的、化学的变化

工程热力作用在工程和岩土界面上发生热传输，可改变初始的热流和温度格恳有些工程在建成后保持边界上比较稳定的温度，如水库库底温度常年较低，而水渠水温则周期变化放射性废料处理洞室，则有一定幅度逐渐升n}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，产生温度应力及一系列的物理及化学的变化

2.3人类工程活动与地质环境相互作用

工程荷载作用主要是对岩土内应力状态的叠加极限的范围内产生屈服破损，在拉应力区可出现张裂形成新的应力状态在应力状态超过强度事实上岩土介质的物性随着应力状态的涨落，物性有所变化，而物性变化也会带来应力场和变形场的调整

工程开挖中形成新的临空面，并引起岩土内在应力的释放和调整岩土体有向临空面位移的趋势，某些部位结构松弛，物性改变同时由于开挖的原因，地下水暴露，压力下降，诱发水流向临空面，从而改变岩土中渗流动态渗流结果是岩土体的应力状态改变产生变瓜同时，由于水岩作用，渗流可造成岩土体物性变化渗流边界条件的人为改变，产生向岩土介质中渗入或由其渗出，均可改变渗压的分布，影响到应力的分瓶同时，由于渗流的水岩体又可改变物性，引起渗压的调整，以及由此的应力场调整温度边界条件的改变，可改变岩土体中的温度及随之产生的温度应力，后者也将参与岩土介质应力场的调整

渗流边界条件的人为改变，产生向岩土介质中渗入或由其渗出，均可改变渗压的分布，影响到应力的分瓶同时，由于渗流的水岩体又可改变物性，引起渗压的调整，以及由此的应力场调整

温度边界条件的改变，可改变岩土体中的温度及随之产生的温度应力，后者也将参与岩土介质应力场的调整

工程在上述诸作用的影响下，地质环境可发生以下的变化，形成次生环境:

①岩土体应力状态的调整;

②渗流渗压的改变;

③岩土体物性的变化（结构松弛和压密、变形性能、力学强度及渗透特性的变化）;

①岩土体的变形或失稳，包括开裂、变形和运动

工程活动作用规模和地质环境特性相协调时，环境效应不明显，各项变化在正常情况范围之内，不致产生严重的环境危害。

当工程活动在规模上和地质环境特性不相适应时，在岩土体内产生大规模的屈服区或拉损区，产生大变形;

或者产生过大的渗压或渗流这时可出现地质环境严重恶化，导致环境危害或灾害。

2.4人类工程活动带来的地质灾害

2.4.1地质灾害的特点

地质灾害不但具有多种自然属性特征,而且具有多种社会属性特征。

这些特征主要表现为：

地质灾害的必然性或不可避免性；

地质灾害的周期性；

地质灾害的群发性；

地质灾害与社会经济的互馈性；

地质灾害的可防御性以及地质灾害防治的长期性等。

2.4.2地质灾害的分类

典型的环境危害或灾害主要有以下几种:

（1）地面沉降，表现为地下水超量抽汲或油气开采，以及地下开挖，引起地下水位下降而产生地面连续变形

（2）地面塌陷，表现为由于地下矿山开采，或地下水位因抽水、或地下开挖而下降所造成的地面塌陷，或岩溶地面塌陷。

（3）地面裂缝，表现为由于地下水开采，地面沉降在一定区域地质条件下产生地面开裂和错动

（4）斜坡崩滑，表现为由于坡脚开挖、坡顶或坡面地表水（水渠工程工业或生活用水等）

入渗水库蓄水等造成滑坡或崩塌;

或因坡脚下地下开采等，造成坡顶开裂和崩塌

（5）次生泥石流，表现为尾矿、弃碴堆积失稳而造成的泥石流

（6）岸坡侵蚀，表现为水渠水库的水流及水浪产生对岸坡侵蚀和岸坡再造

（7）浸没，由于水库蓄水及其他工程用水入渗，造成地下水位提高，接近地表，造成建筑物基础或地下建筑浸没于地下水位之下。

（8）疏干，由于隧道或地下开挖，造成断裂或张开裂隙入渗，引起地面池博河溪、水渠的干涸

2.4.3地质灾害多人类生活与健康的危害

在产生直接的环境危害时，往往还有一系列危害伴生出现，形成系列的环境危害链，影响到工程区人类生活、生存的环境质量例如，地面失稳（变形、开裂、塌陷）可诱发城市多种环境危害:

①建筑物倾斜或倒塌;

②建筑物开裂，出现危房;

③地面平整性破坏、路面破坏;

①地面高低不平，洼处积水不易排泄，土地泥泞;

⑤地裂造成地面水入渗，可能引起地下水水质恶化或污染;

⑥地下管道变形、破裂，造成电源断路、油气逸出、污水外泄等危害;

⑦地下结构破损;

⑧地表水疏干，影响植被生长与绿化，等等

又如斜坡崩塌，将直接影响边坡上及边坡下人们的生命财产与建筑物受到灾害性威协;

同时又造成道路堵塞、中断;

滑体滑入江湖或水库中造成涌浪，使码头涨水，船泊翻倒、淹没沿岸建筑物等

结语

减轻灾害损失是本世纪最后十年全人类共同奋斗的目标，需要做的事情很多，不仅要

着眼于突发性自然灾害的防、抗、救，防止人类工程活动诱发地质灾害是实现减灾效益的首要方面。

加强诱发地质灾害研究、把人类盲目行为减少到最低程度是必须认真研究解决的首要问题.

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