龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 对环境岩土工程的若干研究 作者：郑齐银 来源：《中小企业管理与科技·下旬》2010年第10期 摘要:多年来,为解决大环境岩土工程问题,即用岩土工程方法来抵御自然灾变所造成的对人类的危害,国内外学者做了大量的研究工作,取得了很多成果。目前,各国学者都致力于小环境岩土工程问题的研究,本文着重就小环境岩土工程问题的研究现状与发展趋势作一些介绍和评述。 关键词:环境岩土工程 研究 环境岩土工程涉及气象、水文、地质、农业、化学、医学、工程学等诸多学科,是岩土力学与环境科学密切结合的一门新学科,既是应用性的工程学,又是社会学,是技术、经济、政治、文化相结合的跨学科的新型学科。它主要是应用岩土力学的观点、技术和方法为治理和保护环境服务,就目前涉及到的问题来分析,可以归纳为两大类: 第一类是人类与自然环境之间的共同作用问题。这类问题的动因主要是由自然灾变引起的,如地震灾害、土壤退化、洪水灾害、温室效应等。这些问题通常称为大环境问题。 第二类是人类的生活、生产和工程活动与环境之间的共同作用问题。它的动因主要是人类自身。例如,城市垃圾、工业生产中的废水、废液、废渣等有毒有害废弃物对生态环境的危害;过量抽汲地下水引起的地面沉降等等。有关这方面的问题,统称小环境问题。由于受到政治、经济和文化等非技术因素的影响,环境岩土工程问题要比单纯的技术问题复杂得多。 当今,城市建设已引发越来越多的环境地质问题,由于该类问题多数属于不可逆的地质过程,因此针对其成因机制开展一些前瞻性的基础性研究,为城市建设可持续发展战略的厘定提供必需的理论储备,无疑具有重要意义。本文简要论述了环境岩土工程的定义,环境岩土工程研究中的基本观点以及方法和环境岩土工程的研究现状,并对我国环境岩土工程进行了展望。 1 环境岩土工程定义 环境岩土工程(EnvironmentalGeotechnology)一词,源自1986年4月美国宾州里海大学土木系美籍华人方晓阳教授主持召开的第一届环境岩土工程国际学术研讨会,并在其著名的“Introductory Remarks on EnvironmentalGeotechnology”论文中,将环境岩土工程定位为“跨学科的边缘科学,覆盖了在大气圈、生物圈、水圈、岩石圈及地质微生物圈等多种环境下土和岩石及其相互作用的问题”,主要是研究在不同环境周期(循环)作用下水土系统的工程性质。 2 环境岩土工程研究的内容及分类 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 环境岩土工程是研究应用岩土工程的概念进行环境保护的一门学科。这是一门跨学科的边缘学科,涉及面很广,包括:气象、水文、地质、农业、化学、医学、工程学等等。 环境岩土工程研究的内容大致可以分为三类:①环境工程。主要指用岩土工程的方法来抵御由于天灾引起的环境问题。例如:抗沙漠化、洪水、滑坡、泥石流、地震、海啸等。这些问题通常泛指为大环境问题。②环境卫生工程。主要指用岩土工程的方法抵御由于各种化学污染引起的环境问题。③人类工程活动引起的一些环境问题。例如在密集的建筑群中打桩时,由于挤土、振动、噪声等对周围居住环境的影响;深基坑开挖时,降水和边坡位移等。 3 环境岩土工程的研究方法 环境岩土工程学之所以是交叉学科,主要因为它是岩土工程学与环境科学两大学科的相互渗透所形成的。本文就这两个学科的某些共同特点提出采用可持续发展的观点、系统工程理论和数据挖掘技术进行环境岩土工程问题分析,并对这些方法的分析思路和具体应用进行简单的论述。 3.1 可持续发展的观点 可持续发展的观点首先要求提高人们的环境意识,认为环境意识是可持续发展战略的基本条件;可持续发展的观点强调的是“发展”,但它认为环境保护是发展过程的一个重要组成部分,并将它作为衡量发展的质量、水平和程度的标准之一,可见环境的重要性;可持续发展问题是全人类的问题,而不是一个国家或地区的问题,所以发展一定要有整体观念。 可持续发展的观点可概括为生态观、社会观、经济观和技术观。可持续发展的内涵是很广泛而丰富的,这里仅讨论与环境岩土工程有关的问题。按照可持续发展的观点,发展是受限制的。发展要满足当代人的需求,但必须保持子孙后代发展的潜力,不能损害子孙后代的利益。按照传统的观点,地基处理方案选择的原则是安全适用、技术先进、经济合理、施工方便。但引入可持续发展的观点后,还应充分考虑环境因素,也就是说,地基处理方案还必须有利于环境保护。 3.2 系统工程理论 这是环境工程界研究的热门问题,它就是用系统工程的理论、观点和方法去解决环境问题。系统工程是一门处于发展阶段的新兴学科,其应用十分广阔,也遍及很多领域。 系统工程的研究对象是大型复杂系统和人工系统,其研究内容是组织协调系统内部各要素的活动、使各要素为实现整体目标发挥适当作用,目的是实现系统整体目标的最优化,是一门现代化的组织管理技术,是沟通自然科学与社会科学、技术科学与人文科学的跨许多学科的边缘科学。 系统工程的原则是整体性原则(在时间和空间上,总体功能大于各部分功能之和)、综合性原则(目标、决策、结果和途径的多样性)、优化性原则(不追求各部分的最优,而是追求整体目标的最优化)、模型性原则(对系统进行抽象与概化,建立数学物理模型)。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 系统的目标是保证支护结构、坑壁及周围建(构)筑物等系统要素协调工作,系统的输入为施工方法、边界条件等,输出为周围建筑、坑壁和管线等的工作状况。深基坑工程中采用的岩土工程信息化(动态)设计与施工符合系统工程的思想和观点。但模型的建立不单是采用一般的数学、物理模型,而且系统动力学模型、状态空间模型等,同时建立计算机仿真系统,根据仿真试验求取模型参数,对系统进行静态和动态优化,最后对系统的可靠性和风险性作出评价,预测各种可能发生的不良后果。 3.3 数据挖掘技术 目前,人工智能技术在环境岩土工程中的应用越来越广泛,国内外很多著名学者在这方面进行了大量研究。但人工智能及专家系统在发展过程中面临的主要问题是专家知识的获取,尤其是经验知识的获取,这已成为专家系统的“瓶颈”。 数据挖掘正是应这一问题而诞生的,它的主要任务就是进行知识获取和知识发现。预测是数据挖掘的主要任务之一,而环境问题的本质和核心就是预测,且任何情况下的预测和决策都是基于数据的。另外对于岩土工程的定量和定性分析,与其说是计算,不如说是预测。绝大部分的岩土工程计算,其实质都是预测。科学史证明,方法的革命必然导致科学的革命,所以利用数据挖掘技术进行岩土环境问题的分析和研究有着广阔的发展前景并必将取得令人鼓舞的成就。数据挖掘是20世纪90年代产生的一门高新技术。 数据挖掘的算法有归纳学习法、决策树、遗传算法、神经网络、统计分析、糊模数学、关联分析、粗糙集、规则发现、公式发现和关联分析等;数据挖掘的结果输出有图形、报告、逻辑公式等可视化形式,或以先验知识的方式输出,为今后的数据挖掘提供准备,这样可提高数据挖工具的性能。 通过对关系型数据(仓)库的挖掘,可对滑坡、发震断裂、地震的发生以及采矿、地下隧道施工、盾构施工、大面积地下抽水等引起的地面沉降等进行预测;可用于研究长期未解决的固体废弃物在考虑生物分解及固结双重作用下产生的沉降变形和整体稳定性问题;通过数据挖掘的分类技术并结合计算机控制,可对固体废弃物进行分类,以便综合利用和处理;同时也可对有关岩土计算参数(如抗剪强度指标)进行预测。 在环境岩土工程问题上,未来几年应重点研究并解决下面几个问题。其中,西部问题,包括生态环境建设与保护区域稳定性与地下工程。东部问题,包括大城市地面变形不稳定性、悬河化水资源、水环境等。在一些应用方面还急需解决的问题如下:卫生填埋场的设计问题;大规模工程建设的区域环境岩土工程问题评估;城市施工影响环境岩土工程问题;岩土工程手段在环境的治理中的应用等。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/86684acb974bcf84b9d528ea81c758f5f61f29a8.html