环境岩土工程发展现状与前景展望

环境岩土工程发展现状与前景展望摘要：环境岩土工程是岩土工程的一个分支，是一门新兴的交叉学科，因此其研究体系有待于完善发展。本文在总结近年来环境岩土工程研究成果的基础上，对岩土工程的定义、研究范畴、研究内容方法进行了分析总结，最后展望世纪里环境岩土工程将在环境保护资源可持续利用及工程建设发展中发挥重要作用。关键词：环境岩土工程岩土工程可持续发展1引言随着社会的发展和科技的进步，自然资源正被大量的开发利用，这样不仅造成了资源的浪费和滥用，同时也引起了全球性的环境污染问题。环境问题已成为全球性问题，因此环境科学成为当前世界各国最为关注的一门新兴学科，一般的环境问题仅是环境污染和生态破坏。随着当代人类工程经济活动规模的不断扩大，人类对地质环境的破坏和影响已远远超出了污染的范畴1。因此，从工程地质和岩土工程角度研究环境问题，改善人与地质环境的关系，将使环境科学进入一个深层次研究的新阶段，这也是当今地学发展的一个新的生长领域。环境岩土工程是一门新兴的交叉学科，它研究的主要内容是岩土工程活动中所涉及的环境问题以及环境变化所带来的工程问题。从目前我国有关环境岩土工程的研究来看，还存在以下一些问题：环境岩土工程的定义、研究内容和目标等还未统一认识；环境岩土工程的学科地位尚未确定；环境岩土工程的研究思想和方法体系还未形成；我国开展环境岩土工程学的战略思路和发展框架还未制定这些问题都是我们面临亟待解决的问题。2环境岩土工程定义作为一个新兴的研究领域，环境岩土工程近年发展迅速，其定义也在不断的丰富。对环境岩土工程的定义和学科地位，目前还未统一，其研究内容和范围也存在着较多差别。在国际上对环境岩土工程一词的定义可分为两种观点：一种观点是以环境岩土工程学的创始人、原美国里海大学教授、现为美国北卡罗莱纳大学名誉教授的方晓阳先生为代表的一批学者认为“环境岩土工程是一门交叉学科，研究岩石、土的物理化学性质及其与大气圈、生物圈、水圈、岩石圈和微生物圈的相互作用”。另一种观点的代表性人物是美国工程院院士著名岩土工程学家，现为美国西弗吉尼亚理工学院教授J.K.Mitchell先生，他认为“环境岩土工程是岩土工程学科中的一个分支学科”。方晓阳先生主张要考虑化学的生物的、物理、化学等非力学因素对岩土工程的影响，改变岩土工程领域中仅用力学观点解决问题的传统方法。因此他认为环境岩土工程是岩土工程、环境科学与工程和土壤科学的交叉学科。而Mitcell先生认为传统的岩土工程理论和方法为主导是整个工程的核心。虽然他们对环境岩土工程的定义不同，但本质上是一致的，即环境岩土工程是一门多学科交叉的学问，与传统的岩土工程相比，无论在研究思想和方法上都有很大的不同，丰富和发展了传统的岩土工程2。在国内也有很多学者对环境岩土工程进行定义。如：胡中雄等对环境岩土工程下的定义：是一门应用岩土工程的概念进行环境保护的跨学科的边缘学科，并将环境岩土工程的研究内容大致分成三大类：第一类称为环境工程；第二类称为环境卫生工程；第三类是指人类工程活动引起的一些环境问题3。袁建新定义的环境岩土工程学是一门新兴的综合性交叉学科，它涉及岩土力学与岩土工程、卫生工程、环境工程、土壤学、地质学、水文地质、水文地球物理、地球化学工程、地质采矿工程以及农业工程学等4。龚晓南认为环境岩土工程是岩土工程与环境科学密切结合的一门科学，它主要应用岩土工程的观点技术和方法，为治理和保护环境服务5。罗国煜等指出环境岩土工程属于环境地质学范畴，并将环境岩土工程分为区域环境岩土工程和城市环境岩土工程6。何朋朋等认为环境岩土工程的确是岩土工程和环境工程的一门交叉前沿学科，从学科范畴的角度出发应将其归为岩土工程的子学科，因为这是一门用环境工程理论去指导岩土工程实践的学科，它的目的还是为了岩土工程7。从以上国际国内学者对环境岩土工程的认识来看，虽然在环境岩土工程的归属问题上不尽相同但在许多方面是一致的。从另一方面我们也看到环境岩土工程还有很长的路要走。3环境岩土工程研究内容和方法环境岩土工程的研究内容具有系统性、复杂性、广泛性和综合性的特点。具体来说环境岩土问题涉及的内容包括两大方面：一方面是由于自然环境造成的大环境岩土问题，如江河湖海的变迁、泥石流、区域滑坡、海岸灾害（风暴、侵蚀）、地质地震、火山洪水等；另一方面是主要由人为的因素造成的小环境岩土问题，如废弃污染问题，森林植被破坏造成的水土流失、地面沉降变形，深基坑开挖失稳，打桩振动等8。环境岩土工程具体研究内容很广泛，凡自然环境，以及自然环境经过人类作用形成的客观环境与岩土工程相互作用的问题，都是环境岩土工程的工作内容。例如有滑坡、管涌、地震等灾害对岩土工程活动的影响分析；岩土工程活动所造成的诸如地面沉降等环境岩土工程问题的评价和治理；垃圾填埋处理、名胜古迹保护、核废料处置等新的内容。对环境岩土工程的问题归纳如下有：岩土体力学稳定、变形以及渗流问题；地震及环境振动问题；岩土体化学问题；与能量场变化有关的问题；岩土体物质的机械迁移问题；放射性问题；特殊岩土体问题；生态问题。环境岩土工程是一个系统工程，它涉及许多学科领域，所以在研究中应从学科间的交叉处着眼，以辩证的观点分析和解决问题。其次，应用岩土工程的观点去改善环境，使其更符合人类的生存需求。目前，随着信息时代电子手段的广泛应用，许多在其他领域的高新技术手段都逐步用于环境岩土工程研究。如“3S”技术在环境岩土工程中的应用。“3S”技术是遥感、地理信息系统、全球定位系统等技术的统称。作为新兴的地球空间信息科学的核心，在环境岩土工程中有着广泛的应用。数据发掘技术在环境岩土工程中的应用，其算法包括有归纳学习法、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9。4环境岩土工程与相关学科的关系与环境岩土工程相关的学科有：工程地质学、岩土力学、岩土工程学、地质工程和环境工程地质学。工程地质学的基础理论是地质学，指导它的理论主要是自然历史观。它的基本理论是：地质成因和演化过程决定地质体的工程特性，相应地在研究方法上就是从地质体局部特性的研究，探索地质体在生成时的地质环境以及形成地质体的地质作用和演化过程，从而在整体上认识和把握地质体的组成、结构以及发育规律，并进一步探讨和预测它在工程建筑物作用下的表现和工程行为。工程地质学的服务对象为完全是人为设计、人为施工的建筑物。这一应用性决定了工程地质学的边缘性、交叉性和综合性等特性。所谓边缘性指它处在地质学科的外层，位于和工程学科接壤的部位。所谓交叉性是指在它的学科发展中不断吸收工程学科的理论、概念和方法，并和地质学相结合。所谓综合性是指工程地质学的目标是解决问题，它是借助于地质学各基础学科的成就来综合进行工作的。岩土力学、岩土工程和工程地质学在研究对象和目标上有很大的相同之处，是密切相关的学科。但是岩土力学属于力学学科的边缘，而岩土工程属于工程学科的边缘。虽然对岩土的地质认识是建立岩土力学模型和本构关系的重要基础，但岩土力学更偏于模型及建模后的力学研究。岩土工程是将岩土作为工程结构物的一部分的工程学科。但岩土力学和岩土工程与其他的力学或工程学科相比，需要更多地质学科的支持，或者说更需要与地质学科相结合。5环境岩土工程的发展展望20世纪90年代后，我国进入了大规模工程建设时期从沿海地区开始逐步向内陆扩展，高层建筑、地铁、道路交通、隧道等的建设以及城市化进程步伐的加快向环境岩土工程不断提出新的挑战。同时，自然环境的变化，地震、洪涝灾害的频频发生，温室效应的加剧，水土流失，土壤退化等大环境问题，也引发了一系列新的环境岩土工程问题。相对发达国家来说，我国的岩土工程工作者面临着更为艰巨的任务：一方面，我国正处于大规模工程建设时期，有许多工程问题需要解决；另一方面，基于可持续发展要求，我们面临严峻的环境保护与治理工作。在环境岩土工程问题上，未来几年应重点研究并解决以下几个问题：西部问题，包括生态环境建设、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有：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。参考文献［1］曲永新张永双冯玉勇当前国际环境地质工程（环境岩土工程）研究的热点领域及其相关技术［J］工程地质学报,1998，6(4):301-304［2］施斌关于环境岩土工程［J］工程地质学报,2002，10(4):349-355［3］胡中雄李向约方晓阳环境岩土工程学概论［J］岩土工程学报,1900，12(1):98-107［4］袁建新环境岩土工程问题综述［J］岩土力学,1996，17(2:)88-93［5］龚晓南世纪岩土工程发展展望［J］岩土工程学报,2000(22):238-242［6］罗国煜等城市环境岩土工程［M］南京南京大学出版社，2000，1-7［7］何朋朋姚磊华环境岩土工程学研究综述［J］探讨与分析，2007，10(8):32-35［8］施溪溪石丹群唐永箐环境岩土工程研究初探［J］西部探矿工程，2008(7):1-4［9］井彦林仵彦卿崔中兴关于环境岩土工程研究方法的探讨［J］煤炭工程,2004(2):51-54