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1、地质灾害防治工程设计与施工 1 比起一般建筑工程来，地质灾害防治工程设计更显示出其“个性”，即几乎没有完全相同的工程。因此，要求从事地质灾害防治工程事业的勘查、设计和施工人员都应“擅长于建筑原型”，相应地，监理和管理人员也要从思想上明确这一根本特点。1 防治工程实施的论证 在明确了地质灾害发展阶段、寿命、人类与地质环境协调发展关系之后，要求用系统工程的观点与方法进行灾害防治的论证与决策，它包括全局观、层次观、价值观和策略观等方面的系统运筹与决策。1.1 减灾决策的前提 减灾的基本决策应是在专业工作者查清问题的实质后进行。 （1）对于可能发生较大经济、社会、环境乃至政治性影响的灾害，应布置实物工
2、作量，在勘察报告基础上，确定是监测预防，还是搬迁躲避，或是及时整治。 （2）对于即使发生灾害，但不致造成大的灾难，治理也不会赢得好的效益，则只需有经验的地质灾害防治人员现场认证即可，不必动用实物工作量，以免造成不必要的浪费。 （3）在目前的科学技术水平下，有的灾害事件尚很难完全避免和防治，只能通过合理的规划进行躲避，或开展适当防护工程以减少损失。1.2 地质灾害防治决策依据 （1）已取得充分可靠的资料，对地质灾害体的变形破坏机制认识正确； （2）一旦发生地质灾害，将给人类生命财产或资源环境造成重大危害； （3）治理灾害的费用是可以承受的，且投入收益比满足以下关系： （5-1）式中，E 经济、社
3、会和环境纯收益； ES 一定时期内避免灾害发生的总收益； EL 灾害发生后的经济、社会和环境总损失； ET 治理工程的总成本。在一定时期内，赢得的直接与间接效益远远大于灾害发生时可能造成的直接与间接损失和治灾成本之和。1.3 地质灾害防治工程等级的确定地质灾害防治工程等级见表5-1，具体确定应考虑如下因素：（1）地质灾害范围内可能造成的直接经济损失，包括直接破坏的土地、房屋设施、工矿企业、工程设施、公路、铁路、桥梁、输电、通讯线路、各种管道、河道、水源、水库等水利设施、文物古迹和人文景观等；（2）地质灾害范围内可能造成的间接经济损失主要包括工矿停产、减产、产品积压、农业减产、商业旅游业下降、交
4、通中断、通讯中断、能源中断和物价上涨等；（3）威胁人员及可能造成人员伤亡数；（4）社会伤害，包括对社会人群产生的影响，如公民心理恐慌、治安状况下降、投资信誉降低、社会保障下滑和不良政治影响等。（5）环境损失，包括对自然环境、生态环境和地质环境的损失。1.4 地质灾害防治的决策思路地质灾害本身及其防治工程是一个很复杂的系统工程，它需要决策层从时间进展、逻辑顺序和科学技术要求等三方面来论证，这里引用霍尔（HallAD，1969）提出的三维结构来说明。霍尔三维结构包括时间维、逻辑维和知识维三个方面。表5-1 地质灾害防治工程等级的确定工程等级工程投资（万元）威胁人数预测保护财产（万元）危害地域或工程
5、设施A级（一级）3000300030000特大大城市；国家大型厂矿企业；巨型工程水利设施；重点交通通讯、能源干线；国家级开发项目等。B级（二级）10003000100030001000030000大城市；大型厂矿企业、大型工程水利设施；重要交通、通讯、能源干线；省级开发项目等。C级（三级）50010005001000500010000中等城市或县城；中等厂矿企业；中等工程水利设施；交通、通讯、能源干线；市级开发项目等。D级（四级）10050010050010005000乡、镇所在地；重要居民点；小型厂矿；小型工程水利设施、县级交通工程等。（1）时间维是指系统工程从规划到峻工的基本阶段或程序划分
6、；（2）逻辑维是指系统工程的每个阶段所要完成的工作步骤；（3）知识维是指完成上述各项工作所需求的各种科学与技术素养。现以长江三峡链子崖危岩体重大地质灾害整治工程的决策为例予以简要说明。链子崖整治工程的时间维包括地质调查与立项、工程地质勘查、危岩体整治工程可行性研究、整治工程方案设计、整治工程施工设计、整治工程施工、地质工程监测信息反馈与设计调整或变更等。 链子崖整治工程的逻辑维应表述各个阶段。虽然各阶段的内容各有不同，但对每个阶段一般应考虑：问题的提出、性质与范围、每个阶段的目的与基本标准（合乎规范）、满足规范条件的系统分析、系统建模、综合的系统设计和各阶段的地质信息反馈。链子崖整治工程的知识
7、维包括大系统工程学的知识，如系统科学、控制论、信息论和运筹学、工程地质学及其相关的地学分支、力学、非标准工程设计、社会科学与计算机技术等。2 工程方案论证的地质观与工程观 地质灾害防治理论研究是当前亟待重视的一个重要方面。据估计，因缺乏正确理论指导而造成的潜在损失达地质灾害防治工程投资的2030（孙广忠，1996）。目前，我国已有地质灾害勘查、防治工程可行性论证、工程设计与施工及监测等的初步经验，但相应各阶段的理论仍未成熟，也即理论落后于防治工程实践的需要。作者多年来的工作体会是，具有特殊性的重大地质灾害事件的研究与防治工程实践是建立普适性的地质灾害防治工程理论的基础。2.1 问题的提出 一个
8、突出的问题是，究竟以地质研究为主线并参与确定工程方案，还是象以往一样，工程地质勘察完毕以后，地质研究人员就不再介入设计工程师的工作。我国地质灾害防治工程的现状是，工程咨询论证中往往出现地质专家与工程专家各执一词的现象，其原因一方面是勘查阶段地质研究工作不可能全面或无法深入，工作结论有不确定性；另一方面是参与此项工作的地质专家和工程专家知识与经验的局限，甚至还涉及他们的工作态度，最后给管理部门正确及时地决策造成极大困难和资金、时间的浪费。这就提出了应该坚持什么样的地质观，什么样的工程观，二者又应如何结合的问题。 很显然，一批学术造诣精深的前辈在我国地质灾害防治工程事业的探索中起着重要的导向和开拓
9、作用。他们根据各自的学术专长、工程或地质经验与知识结构，先后提出了一些指导观念，比较系统的观点如地质工程（孙广忠，1984，1992，1993，1996）、工程地质体控制论（梁炯鋆等，1992）、地质灾害立体防治系统（卓宝熙，1994）、变形体系论（余雨之，1995）和岩体工程稳定性系统（孙玉科，1996）等。在年轻一代中，也已有一些思路在实践中起了一定作用，如地质灾害防治工程学（刘传正，1994，1995，1996），它是基于地质灾害体变形破坏机理分析而提出的，主要内容包括指导地质灾害防治工程方案论证的七个原则和工程设计过程的七个观念。 上述观点基本都是强调从地质体的特性去论证工程方案的，是
10、抓住了问题的本质的。不足之处是其观念性较强，内容和工作方法却很不具体，实际应用中的针对性和可操作性较差。理论研究的薄弱导致了两种倾向，一是过分强调了地质分析，而工程意识不够，未能从结构力学的角度去研究地质体变形破坏的本质，反而导致地质分析为工程服务的针对性不足，实质上削弱了地质意识；二是过分强调了工程观念，未把地质体作为一种具有自稳性和自组织性的工程结构对待，忽视了人为设计的工程结构与地质体原有结构的耦合作用，工程设计标准过高，工程量太大而又不能把握住工程重点，造成资金的极大浪费，导致即使是“成功的设计”，仍然是“失败的战略”。问题的症结在于工程方案论证中对各个工程单元的相互关系考虑不足，不理
11、解这种考虑当然应是寓含于各个工程单元之中的，而不是表面上的文字陈述。因此，应该提出的正确理论命题是，地质灾害防治工程的指导理论是地质观与工程观两种观念的最佳耦合，是地质专家与工程专家的优势互补，这种互补应是自觉的，而不是陷入浮浅的争论却不能自拔的。地质观的核心问题是地质体变形破坏力学机理的正确分析与超前预测，工程观的核心问题是防治工程方案的比选优化及其对施工反馈的相对灵活的可调整性或称可变更性。2.2 地质观的核心问题 从实施防治工程的角度看问题，地质灾害体的勘查与研究内容包括地质灾害体的环境条件、自身结构特征、变形破坏特征、影响因素分析和确定变形破坏力学机理，以及建立在机理分析之上的稳定性评
12、价和监测工程布置。这个阶段的核心内容是确定变形破坏力学机理，它是正确建立地质力学模型的最根本基础。 变形破坏力学机理分析绝不是控制性和影响性因素的罗列，而是找出以控制性因素为基础条件，地质体是如何在影响因素作用下，发展成现有格局的，并预测其未来的发展趋势是什么，为优选治本的工程方案作准备。研究思路是，观察现象描述事实（包括监测内容）分析控制因素和影响因素确定变形破坏力学机理，最后才是选定合适的稳定性评价方法。那种拿到剖面就进行计算的工作方法是不懂得辩证唯物论的认识论的，因为他们不懂得把实践提到第一的地位。他们的工作当然是很难解决实质问题的，不管其表面看起来是多么有水平，多么让从事地质灾害防治工
13、作的“新手”羡慕不已!地质灾害体变形破坏机理的研究应抓住以下几个方面：（1）地质体变形破坏特征是变形破坏机理的外在表现；（2）地质灾害发生发展的控制因素和影响因素是变形破坏机制的内外因；（3）地质体的结构构造特征是控制变形破坏机理的基础条件；（4）地质灾害体的概念模型和力学模型的抽象源于正确的破坏机理分析；（5）地质体稳定性评价及其趋势预测源于正确的破坏机理分析，只有破坏机理分析正确，才能保证确定的力学模式正确，从而选定或创立适用的计算方法；（6）变形破坏机理分析正确，才具备进入工程方案论证阶段的基础，才能使选定的工程方案具有针对性，也才能做好概念设计，才能最终使工程布置和施工程序等走向可逐步
14、优化的最佳程式。否则，将陷入工程方案论证不下去，反复讨论地质条件及破坏模式而不深入的“炒夹生饭”的恶性循环中。已有的工作已出现多次这种实例，导致时间、财力乃至精力的极大浪费。不同的地质灾害类型，其变形破坏机理是极不相同的，如滑坡的发生机理就可粗略分为牵引式的和推移式的。确定了变形破坏机理是倾倒式、滑移式还是平面转动式，是后缘推动滑移式，还是前缘牵引滑移式，抑或是多种方式并存，从而采用不同的工程方案。不进行机理分析而机械地套用所谓的“先进的”计算方法是盲目的。进行了机理分析而不深入、不准确，抑或是似是而非的，自然抓不住问题的实质，采用了即使是复杂而高深的计算方法也变成了游戏，也解决不了看似简单的
15、问题，尽管有关人员的初衷可能并非如此。相反地，作者的经验是，地质体破坏机理分析的正确，概化的地质力学模型正确，就可以立足于用看似简单的计算方法去解决看似复杂的问题，因为抓住了问题的根本，而只是忽略了枝节。长江鸡扒子滑坡、万县豆芽棚滑坡、长江三峡链子崖危岩体、乌江鸡冠岭山崩和宝鸡狄家坡滑坡等的研究、论证或工程治理都是这方面的实例。一个原则性结论是，不管技术科学是如何的进步，对地质灾害现象之发生本质（机理）的认识正确，将永远是第一位的，是决定性的。2.3 工程观的核心问题 在地质灾害体变形破坏机理确定正确的前提下，防治工程方案的比选优化就成为可行性研究阶段的核心问题。慎重选定的最优方案是指导工程设计和施工反馈调整的根本文件，是地质灾害防治工程特殊于其它建设工程的关键，也是方案论证处于防治工程阶段核心地位的原因所在。2.3.1 一般思路 论证地质灾害防治工程方案要处理好主干项目与单元项目的关系，即处理好整体与局部的关系，即从整体出发，进行各分单元的研究，单元成为整体综合的定性或定量依据
