环境地质毕业论文

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论地下工程引起的地质问题及防治措施论文

摘要：随着城市建设的大力发展，地下工程建设越来越多，由此引发的各类工程地质问题也逐渐显现出来，根据城市地下工程的特点，对地下工程开挖引起的工程地质问题进行了分析并提出了预防措施。

关键词：地下工程；工程地质问题；预防

城市地下工程具有现场环境条件复杂、施工难度大、技术要求高、工期长、对环境影响控制要求高等特点，是一项相当复杂的高风险性系统工程。但是，地下工程建设一般都在市区内，在其施工过程中常常会引起周围地层的位移、变形、沉降与塌陷等环境地质效应，对周围地面建筑物及基础、地下早期人防和其他构筑物、公共地下管线和各种地下设施以及城市道路的路基、路面等都可能构成不同程度的危害，已经出现并且孕育诸多工程地质问题。

1地下工程开挖引起的工程地质问题

地面沉降

地层初始应力状态的改变引起的地表沉降：地下工程开挖是在存在初始应力场的地层中进行的，开挖引起地层初始应力状态的改变，即二次应力场，它是由地层初始应力场与开挖引起的附加应力场的叠加应力场，对应二次应力场开挖的位移场仅是由开挖引起的附加应力场。地表沉降的主要机理是由开挖面的应力释放，附加应力等引起地层的弹塑性变形。引起初始地应力状态改变的主要原因有：

（1）地下工程开挖引起的附加应力；

（2）地下工程施工对地层的扰动和地层损；

（3）地下水渗流引起的地下水位的变化。

土体的固结沉降：地下工程施工引起的地表沉降与时间有关。土体内部含水渗出，体积逐渐减少，这一现象成为土的“固结”。随着土体的固结，土体的压缩变形和强度逐渐增长。因此，土的固结所产生的沉降是城市地下工程施工中最值得注意的问题之一。根据地下工程施工的特点总结固结沉降的主要原因有：

（1）地下水位下降引起的固结沉降；

（2）土体空隙水压力变化，引起土体的固结沉降；

（3）土体扰动后，重新固结后产生沉降；

（4）土体的次固结和流变。

洞室围岩失稳

地下开挖后，洞壁围岩由于失去了原有的岩体的支持而向洞内产生松胀变形，如果变形超过了围岩所能承受的能力，围岩就会被破坏。围岩的变形破坏程度常取决于围岩的应力状态、岩体结构和洞室的断面形状等。洞室开挖使地下原来的应力状态被破坏，围岩应力重分布，产生变形位移。

均质岩土体中应力未达到或未超过其强度以前，在开挖过程中的变形，以弹性变形为主，变形速度快，变量小，瞬时完成，一般不易察觉；当应力达到或超过岩土体强度时，塑性变形十分明显，发生压碎、拉裂或剪破。当岩体强度主要由结构面控制时，与上述情况基本一样，但当结构面组合构成围岩不稳定条件时，岩体除了弹性变形外，塑性变形也比较明显，它表现为围岩分离体（岩块）的相互错动，围岩松动时围岩稳定性降低，为进一步松动创造了条件。

斜坡破坏

斜坡破坏主要发生在山区城市，除直接经济损失外，还可能造成人员伤亡，其原因主要是:由于自然地质作用和工程地质作用引发的，而工程地质作用造成的斜坡破坏较自然地质作用频率大。当然决非任何斜坡破坏都能称为地质灾害，但斜坡破坏确属重大的地质灾害类型之一。

斜坡破坏主要形式为滑坡，其影响因素主要有岩性、构造、地形、地震、降雨及人类活动等。其中，许多山体滑坡现象是由地下工程活动引发的，即主要是由于地下工程的开挖或采掘影响到了上部的山体，使岩体开裂，地面倾斜，并在一定条件的配合下，导致山体失稳形成滑坡。在隧道建设中，滑坡现象主要发生在浅埋、偏压及进出口等地段，其危害常常比较严重。为评价斜坡岩土的稳定性，预防斜坡破坏导致的地质灾害，认识引起斜坡破坏的内在原因与外部条件，掌握其运动发展规律显得非常重要，尤其是当前在城市这个人类经济活动的密集区，斜坡破坏造成的经济损失和人员伤亡都是巨大的`，都是由于工程活动不合理造成的。 地下水污染

在城市环境地质中地下水的不良作用主要表现为地下水的侵蚀。地下水的不良作用和地下水污染主要由人为引起。随着经济持续稳定发展，人类活动加剧，对地下水的污染越来越严重，主要表现为：多数城市垃圾随意堆放；工业废水和废液不经处理或初步处理后任意排放。首先污染地表水，经地表水补给地下水或渗入地下水，再污染地下水，使地下水具有侵蚀性，对城市的建筑物基础及地下工程不断侵蚀破坏。

2防治措施

开展详尽的工程地质勘察

工程地质勘察资料是地下工程施工的重要依据，通过详细的工程地质勘察，为设计施工提供需要的参数和指标，确定合理的开挖方案、开挖步骤，如果地下工程建设所涉及勘察资料不详细、不准确，势必给支护工程带来事故隐患。

做好开挖方案的优化选择

地下工程的开挖方法很多，以基坑工程为例，有分层全开挖、中心岛式开挖等等。开挖顺序不同，引起的位移不同，中心岛法的开挖顺序就比从一个方向按顺序向另一个方向的开挖方法，对基底隆起和桩后地面沉降有一定程度地减少。因此，基坑开挖时应做好开挖方案的优化选择。

实行科学的降水设计

水是影响基坑工程稳定的重要因素之一，从实际统计资料来看，约有70%的基坑事故与地下水有关，因此，地下工程建设中应特别注意地下水的影响。地下工程建设绝大多数都需要进行人工降低地下水。要降低地下水位，就要合理地选择降水方法，在此基础上进行人工降水的方案设计，以及进行降水方案的水位预测，通过预测进行降水方案的优化，从而达到最佳的降水方案。

做好现场监测，开展信息化施工技术

地下工程是土体与围护结构体相互共同作用的一个动态变化的复杂系统，仅依靠理论分析和经验估计是难以把握在复杂的开挖和降雨等条件下支护结构与土体的变形破坏，也难以完成可靠而经济的开挖设计。通过施工时对整个工程进行系统的监测，可以了解变化的态势，利用监测信息的反馈分析，就能较好地预测系统的变化趋势。当出现险情预兆时，可做出预警，及时采取措施，保证施工和环境的安全；当安全储备过大时，可及时修改设计，削减围护措施。

积极采用新技术、新方法

工程实践证明，采用基坑内降水、坑内侧土体加固（化学灌浆、石灰桩加固等）、及时支撑并预加轴力、增加挡墙的入土深度、墙外地层中筑帷幕、坑内降水坑外注水、分步开挖、逆作法施工、信息反馈施工法的采用等，对改善基坑变形、提高其稳定性有重要意义。计算机技术方法应广泛地应用到地下工程建设中，如进行数据分析与计算、计算机制图、计算机辅助深基坑设计、信息施工与管理等领域具有十分广阔的前景。

结语

地下空间资源正越来越多被开发利用于各种领域，如地下轨道交通工程、地下街、地下室、地下车库等各类地下工程，已经成为现代城市功能转入地下的重要载体。但是，地下工程建设一般都在市区内，在其施工过程中常常会引起周围地层的位移、变形、沉降与塌陷等环境地质效应，对周围地面建筑物及基础、地下早期人防和其他构筑物、公共地下管线和各种地下设施以及城市道路的路基、路面等都可能构成不同程度的危害。因此，研究城市地下建设工程引起的地质问题及其防治措施具有相当重要的现实意义。

邢永强张璋张洪波杨皓宇

（河南省国土资源科学研究院，郑州 450016）

《河南地球科学通报》，文章编号：978-7-80246-005-8-325-4

摘要 首先介绍了地质环境、环境地质与生态环境的概念及内涵，分析了它们之间易引起混淆的异同点，其次对地质灾害与地质环境的关系进行了评价与说明，最后指出必须树立持续利用地质环境的科学观，以及当前地质环境保护应采取主要措施。

关键词 地质环境 环境地质 生态环境 地质灾害 保护措施

人类赖以生存的载体包括生物圈、水圈、大气圈和岩石圈。在生产力相对低下的社会，由于生物、大气和水容易受到人类工程活动的影响而改变，而岩石圈的影响则相对小一些，因此，在传统的学科分类中，将生物圈环境、水圈环境和大气圈环境归类到生态环境范畴。每当人们提及环境时，联想到的主要是空气污染、水污染和森林植被破坏等，而对岩石圈环境的关注则远之不及。

近50年来，随着生产力的提高和人口的激增，人类对环境的干预愈来愈强烈，开始超过自然环境本身的演化过程，如目前人类每年约消耗500×108t矿产资源，已超过大洋中脊每年新生成的300×108t岩石圈物质（黄润秋等，2001），并影响到岩石圈系统。由此，在生态环境的基础上，提出了地质环境概念。

1 地质环境、环境地质与生态环境的内涵

地质环境是指影响人类生存、发展的地壳表层的岩石、土壤、地下水等地质体及其活动的总体，包括地球表层岩石圈和风化层两部分地质体的组成、结构和各类地质作用与现象。地质环境是具有一定空间范围（从地表或岩石圈表层到人类生产活动所能达到的地壳深部）的客观实体，包含物质组成、地质结构和动力作用三个基本要素。它是与地质作用密切相关的自然环境，它与自然环境一样具有自然属性与社会属性。

地质环境的自然属性主要是指其整合性与资源性（林道辉等，2002）。整合性是指地质环境的空间与要素密切组合成一个有机整体。地质环境存在于一定的空间之中，离开了空间也就谈不上地质环境；地质环境包含许多自然因素与条件，如地层、岩石、矿物、构造、地形、地貌、地下水、地球化学元素、地球物理参数、各种地质灾害体等；只有空间与要素的有机结合才能称为地质环境，仅有空间或仅有要素都不能成为地质环境。资源性是指地质环境的主要因素既是地质环境的主要组成要素，又具有资源功能，具有双重属性，可称为某种特定的地质环境。按地质环境的上述自然属性，可将其分成两种类型：一种是常规地质环境，是指在一定空间中，一些常规的基本要素有机结合所形成的地质环境，它们往往反映某个地域人们赖以生存与发展的基本地质环境。另一种即资源性地质环境，是指几个具有双重属性的要素在一定空间中有机地结合而成的一种特殊地质环境。

地质环境的社会属性是指地质环境是人类社会的一个重要组成部分，会影响整个社会。人类的生产与生活活动也参与了对地质环境的改造作用，这种改造作用的方式和强度在某时某地甚至会远远超过地质作用，从而引发地质灾害。地质环境是人类生存与发展的条件，这就决定了它与作为人类生存与发展物质基础的自然资源不一样，它不可能用来经营而获取利润，只能作为社会的组成部分而存在。

地质环境质量主要由自然地质条件的稳定性、原生地球化学背景、抗人类活动干扰的能力以及受污染或受破坏的程度等因素决定（鞠美庭等，2004）。

环境地质学通常是指研究地质环境的基本特征、形成机理和演化规律，以及人类工程技术经济活动与地质环境相互作用、相互影响和相互制约的科学（王孟本，2003）。综观地质环境的自然属性与社会属性，可相应的将环境地质学分为常规性环境地质学与资源性环境地质学。前者主要是研究常规地质环境形成的机理及其与人类生产生活相互影响、相互作用的学科。后者主要是研究特殊地质环境形成的机理及其与人类生产生活相互影响、相互作用的学科。按不同的地质环境又可将其分为若干个环境地质子学科，各个子学科还可进一步划分为更次一级的子学科，在这些学科指导下进行的地质工作即环境地质工作，包括地质环境的调查、研究、监测、预报等。

生态环境是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，它由自然环境、工程环境和社会经济环境组成（王孟本，2003）。生态环境研究的空间范围是从地表（岩石圈表面）到人类生产活动所能达到的空间顶部。生态环境质量主要由气候、气象、水文、生物、土壤、地貌和光热等自然条件以及政治、经济、文化等社会条件决定。其中，以林业为主的生态体系是生态建设的重要内容，工农业及城镇生活污染治理是环境保护的关键环节，而水资源子系统则是各子系统之间联系的纽带。

2 地质环境与生态环境的关系

从地质环境与生态环境的内涵分析，它们是环境体系中的两个方面，两者之间既存在相对的独立性，也存在着相对的统一性（王如松，2005）。

地质环境与生态环境的相对独立性主要表现在如下四个方面：首先，尽管两者属环境体系的两个领域，但在研究对象上存在明显的区别。地质环境主要研究以岩石圈和地下水圈为主体的地质体及其与自然地质作用和人文地质作用相关联的各种环境问题，而生态环境主要研究以大气圈、生物圈和地表水圈为主体的各种环境问题；其次，尽管地质环境与生态环境都是具有一定空间范围的客观实体，但前者主要指地表以下，而后者主要指地表以上；再次，地质环境是在漫长的地质历史过程中逐渐形成的，是地球内、外动力长期联合作用的结果，在没有外界干扰的情况下是相对稳定的。而生态环境尽管也受自然地理气候条件制约，但与人类社会活动的关系更加明显。另外，一旦地质环境遭受破坏，将具有难以恢复的特点。相比之下，解决生态环境问题的方法要直观一些。如地下水的污染主要靠自身的净化作用进行解决，需要漫长的过程；而地表水的污染可以通过添加化学药剂或者通过排泄与补给的办法予以解决，需要的时间要短得多。

地质环境与生态环境的相对统一性主要表现在如下三个方面：首先，两者同属于环境范畴，研究目的都涉及影响人类生存和发展的环境问题；其次，在研究内容上两者具有一定的交叉性，如地表的土壤环境是它们共同研究的对象；再次，地质环境与生态环境存在着密切相关的动态平衡关系，如水文环境的地表水与地下水总是互相流通、互相转化，一旦其中的一个因素遭受污染，必将引起另一因素变化。

生态环境和地质环境是环境体系中的两个方面。生态环境是地质环境的“屏障”，对地质环境起着巨大的保护作用。当生态环境的森林植被遭受破坏或大气降水与气候条件发生变化时，将导致水土流失、地质灾害、土壤退化等一系列地质环境问题。地质环境是生态环境的“载体”，对生态环境起着一定的控制作用。成土基岩是除自然地理气候条件外控制森林植被种属与空间分布的最重要因素，地质体特征与水文环境、地质背景与社会经济状况之间均存在着一定的相依联系。

生态环境与地质环境相互作用、相互影响、相互制约，便形成了相对统一的、集人—地—生活活动所产生的一切环境要素于一体的整体（黄润秋等，2001）。生态地质环境是这一整体的完整表达，它不仅包括生态环境和地质环境的全部要素，还包括两者相互作用所产生的新的环境要素。

生态地质环境是人类生存和发展的基本场所。人类依赖生态地质环境而生存和发展，同时人类活动又不断地改变着生态地质环境质量。生态环境的恶化将导致地质环境的脆弱，地质环境的好坏关系着生态环境的有效治理。改善生态环境可以通过生态建设与环境保护予以实现，而地质环境是在数百万年乃至数亿年漫长的地质历史过程中逐渐形成的，具有难以恢复性特征。人类在建设生态环境的同时，必须有效地保护地质环境。

3 地质灾害与地质环境

地质环境是人类社会发生发展过程中所依托的地球表层岩、土、水共生的地质系统。地质灾害是地质环境的组成部分，是随着人类社会的生存与发展而出现和变化的。地质灾害具备自然属性、社会（灾害）属性和资源属性等基本属性，它既是一种自然动力现象，又是人类参与造就的产物，还是人类作为生产、生活的资源乃至生存之地（如古滑坡泥石流堆积地和大江大河的洪泛区）。地质灾害起源于地质环境变化，这种变化的动力来自于地外天体、地球内动力、地球表层外动力和人类社会工程经济活动等多种因素的“共振”或耦合作用。在我国社会经济建设高速发展阶段，人类活动与地质环境的相互作用将同步增强，必然导致地质环境变化的动力耦合作用增强，只有主动应对才是避免地质灾害趋势增强的正确选择。

4 树立持续利用地质环境的科学观

随着社会经济的快速发展，我国开始实施新的发展战略，通过实施全方位的国家创新工程，建设社会主义新农村，逐步构建资源节约型和环境友好型的和谐社会。要达此目的，必然涉及广大农村基础工程和公共设施的大规模建设和固体矿山、油气水能源及交通工程等对地质环境的广泛利用，也就必然广泛地影响地质环境的自然演变进程，使地质环境变化的范围、方式和强度呈现出新的态势，产生具有深远影响的环境地质问题和地质灾害。为避免和减轻负面的风险，就必须创新观念，从人类与地质环境和谐共存的愿望出发，变单纯地保护地质环境和被动地防治地质灾害为持续利用地质环境和主动进行地质灾害防治风险管理。

树立持续利用地质环境的科学观，就是把人与地质环境和谐共存放在第一位，把规范人类自身的行为融入顺应与改造自然过程之中，从而避免出现地质环境的不可持续利用现象，减轻地质灾害（张芹，2001）。奉行“以人为本，持续开发利用地质环境”的理念，就必须倡导建立政府、科技界、工程企业界与公众社会“四位一体”的减灾战略“伙伴”关系，形成多方协调的联动机制。在这个体系架构中，科技界起着重要的桥梁作用，有责任尽快建立区域地质环境可持续利用的科学技术体系，即区域地质环境质量评价—功能区划—工程容量评价—地质灾害防治风险评估与管理等逐次递进的工作支撑，并逐步实现法规化和社会契约化。

在国家层面，要组织调查、监测和研究地球表层系统过程的环境和灾害效应、人类活动对地球表层系统的影响机制，甚至包括地质灾害防治的社会学与伦理学。通过建立国家重大地质灾害风险防控与公共安全应急信息平台，实现更加主动地为人居环境减灾服务，更加主动地为国家重大工程规划、建设与运营安全服务，更加主动地为提高社会减灾意识服务。因此，立足于增强公共服务意识、提升公共服务能力、拓展公共服务领域和端正公共服务态度的基本原则，国家公益性地质队伍的中心任务就是围绕实现地质环境的可持续利用去开拓新思路、落实新任务、总结新认识、提炼新理论、开发新技术（新方法、新程序）、推出新产品和提供新服务，为和谐社会的建设与发展不断作出新贡献（刘传正，2007）。

5 地质环境保护措施

国务院关于加强地质工作的决定国发［2006］4号第八条：强化地质灾害和地质环境调查监测，是减少地质灾害损失，促进人与自然和谐的基础工作。实施地质环境保障工程，全面提高地质灾害防治和地质环境保护水平。《国土资源“十一五”规划纲要》七个主要预期指标和七项主要任务中明确要求矿山环境恢复治理率达到35%以上，提高地质灾害预警预报和防治能力。

加强地质环境保护，当前应主要采取以下措施：

（1）强化矿产资源规划与开采管理。目前，全国已建立了国家、省、市、县四级矿产资源总体规划体系，其中包括了矿产开发与环境保护规划。加强规划的实施，可以科学有序地进行矿产资源的开采，全部关停禁采区内的采矿企业，控量开采限采区内的矿产资源。一些矿山环境问题严重地区必须启动矿山生态环境整治、土地复垦、矿区生态环境重建（恢复）工程，为生态矿山建设奠定坚实的基础。

（2）利用先进技术方法，加快矿山生态地质环境调查评价、研究工作。采用环境地质学、环境地球化学、“3S”等先进理论和方法技术，选择不同矿区、不同地质环境的示范调查研究，编制出相应的矿山地质环境调查评价技术要求或规范，示范指导矿山环境调查评价工作。

（3）建立矿山地质环境空间数据库，逐步实现矿山环境的动态监测与预测。充分利用“3S”技术，开展矿山地质环境调查评价工作，建立矿山地质环境“动态”空间数据库，结合各地区的规划总体目标和不同地段的规划功能，编制矿山地质环境的整治规划，从而实现矿山地质环境的动态监控和管理，实现资源开发与环境保护的协调发展。

（4）加强矿山生态地质环境恢复治理。矿山生态环境的恢复治理越来越引起世界各国的关注与重视。矿山生态环境遭到破坏后，首要任务就是及时有效地恢复治理，以避免矿区生态环境的进一步恶化。由于我国矿山生态环境问题很多属于历史“积淀”，并非“一朝一夕”所致，其生态环境恢复治理（生态矿业）的实施，需要有大量资金的支持，可实行“矿山生态恢复治理”补贴政策，变“谁破坏，谁治理”，为“谁破坏，谁负经济责任”。以执法的角度将矿山生态环境恢复治理与市场挂钩，使专项资金取之有道，用之有效，复垦受奖，不复垦受罚。

参考文献

鞠美庭，池勇志，李洪远.2004.环境学基础.北京：化学工业出版社.

李天杰，宁大同，薛纪渝等.2004.环境地学原理.北京：化学工业出版社.

林道辉，沈学优，刘亚儿.2002.环境与经济协调发展理论研究进展.环境污染与防治，24（2）：120～123.

王孟本.2003.“生态环境”概念的起源与内涵.生态学报，23（9）：1910～1914.

王如松.2005.生态环境内涵的回顾与思考.科技术语研究，7（2）：28～31.

邢永强，冯进城，窦明.2007.区域生态环境承载能力理论与实践.北京：地质出版社.

邢永强，郭新华.2006.土地荒漠化的现状及对策.河南国土资源，46（6）：26.

张芹.2001.区域环境影响评价与可持续发展.青岛建筑工程学院学报，22（3）：43～46.

Discussion on Relationship and Protection between Geological Environment and Environmental Geology，Ecological Environment

Xing Yong-qiangZhang ZhangZhang Hong-boYang Hao-yu

（Scientific Academy of Land and Resources of Henan，Zhengzhou 450016）

Abstract：The article introduces some conceptions and connotations on geological environment，environmental geology and ecological environment，analyzes their similarities and differences，and then gives some evaluation and explanation on the relationship between geological dis asters and geological environment，finally advance a scientific theory that geological environment should be used continuously，and at the same time offers key measures to protect geological environment today.

Key words：geological environment；environmental geology；ecological environment；geological disasters；protection measures