地质工程设计中突破口的几个重要方法的研究

王瑞莉

【摘要】实践证明，地质工程的破坏一般是从某些特殊的位置开始发生损坏的，进而逐渐导致地质工程产生大面积的损坏，这些导致地质工程破坏的位置也被称为突破口。为此在地质工程设计中，应该找准这些突破口，并采取加固措施避免地质工程发生损坏，延长工程的使用寿命。本文介绍几种地质工程中寻找突破口的方法，希望能够为地质工程设计提供理论基础。

【关键词】地质工程设计；突破口；方法

0.引言

地质工程的破坏通常是从某一个或几个部位开始的，进而逐渐的发展成大面积的损坏的，这些个部位是地质工程发生破坏的起点，也被称为突破口。实际上，并不是所有的突破口都会发生损坏，这与实际的条件变化有关。地质工程发生损坏也是一个极其复杂的过程，其中的岩石或土体的成分、结构以及所处的环境特征等都会影响地质工程的破坏。除了地质工程这种客观性的破坏以外，人为因素也会影响到地质工程。因此，为了避免地质工程发生巨大的破坏，造成严重的损失，应该从工程中的突破口着手，对其进行监测和加固。从而控制地质工程继续发生破坏。

1.分析地质条件

分析地质条件是寻找地质工程突破口的一個常用的方法，专家通过自身的知识和经验对地质条件进行分析，进而判断突破口的位置。而判断突破口，需要对岩石和土体的结构进行定性分析和预测，其理论基础是岩体机构控制理论和力学作用理论。在地质工程中通过分析地质条件来寻找突破口一般是分析：地质工程区岩层的分布规律、岩体的结构特征、地下水流动和分布特点以及地应力场状况等[1]。分析岩体的结构，可以判断和预测工程重点部位发生变形或损坏的规律。分析岩体结构是分析地质条件的基础，然后在分析地下水和降水的情况，再分析地质工程的特点，最后对这些因素进行综合的考虑，找到工程的突破口。岩体结构有：块状、层状、碎裂、散体以及镶嵌这几种结构，结构不同地质工程的突破口位置也会不同。地应力是地质历史时期形成的， 叠加了后期构造作用改造及现代外力作用影响在内的复杂体系。根据实践证明，在地质工程设计中如果不分析地应力的作用，很容易造成决策的失误，误导突破口的定位。通常情况下，突破口会出现在地应力比较集中的位置。此外，地下水也是影响地质条件的一个重要因素，而突破口一般位于强透水层和弱透水层的交接的位置或者是水头差出现激烈变动的位置。地质工程突破口产生的根本原因就在于地质条件，降雨、工程活动等属于外部原因。

2.定性分析工程的几何条件

在地质工程中，工程的几何条件会直接影响到工程岩体的力学条件。一般情况下，如果地质条件不变，工程几何条件发生改变，就会导致地质工程应力分布不同，位移场和破坏的范围也会不同。虽然在很多工程设计中会尽力的改进工程几何形状，以控制工程的岩体发生变形或破坏，但是由于受到工程技术等条件的限制，不可能考虑工程的几何条件，设计的方案也是综合考虑各方面的因素后决定的。在地质工程中，工程的几何条件也是找寻突破口的关键，完全可以通过工程的几何条件来判断突破口的位置。例如：在高边墙地下工程中，突破口很可能是在边墙的中部；又如滑坡，其发生破坏的的关键位置一般在从坡脚到坡身的三分之一处。

3.建造信息模型

地质工程中的突破口是在内部因素和外部因素共同作用下形成的，这些因素对于突破口的形成和发展产生了不同程度上的影响。因此，可以利用这些不同的因素建立一个信息模型，分析这些因素对于突破口产生和发展的产生的作用力的大小，然后在判断突破口出现的可能性，工程设计师以及施工人员也可以根据这些分析对工程作出适当的调整，作出正确的决策。

4.计算数值

为了更加准确判断突破口发生损坏的程度和可能性，还需要计算出具体的数值来评价突破口发生损坏的情况。对所选典型地质剖面， 在充分考虑地质工程的工程地质条件及其力学特性荷载条件及边界类型的条件下， 可利用数值法（ 包括有限元法、边界元法和离散元法等） 计算天然条件下及不同工程处理设计方案下的应力分布、位移分布和塑性区的分布等， 以预先了解地质工程中应力场、变形场和破坏区（特别是首先发生破坏的部位， 即突破口） 的分布变化规律[2]。虽然利用数值计算法不能完全实现对突破口的定位和量化，但是可以利用这些计算出来的数值将地质条件的分析结果以及工程定性分析工程几何条件的结果结合在一起，进行综合考虑，为正确判断出突破口提供数字依据，同时也有利于其他的施工活动。因此，应该重视数值计算法，并将其作为一种必不可少的方法为其他方法判断出的突破口提供量化依据。但是在实际的应用过程中，还要注意，要想使计算出来的数值结果更加接近实际情况，建立计算模型必须要选用合理的参数。而建立合理的计算模型和选用合理的参数有需要有丰富的工作经验，以及对地质条件的准确分析。

5.进行模拟实验

模拟实验在思路上与计算数值是一样的，但是与计算数值法相比，在显示突破口的形成和发展情况上，模拟实验能够更加直观地将其表现出来。因此，在条件允许的情况下，在进行计算数值时最好同时进行模拟实验，以便更加准确的确定突破口的位置。通常情况下，在进行模拟实验时不用要求所有的方面都与实际的工程完全一样，只需要满足一些主要问题对划定破坏区的要求就可以。所以，在进行模拟实验时可以适当的降低实验的难度，以降低实验投资成本。此外，如果还有其他目的的模拟实验，也可以将确定突破口的模拟实验和其他实验结合起来，同样的在计算数值法中也可以这样做。如滑坡崩塌在模拟实验时，可忽略柱体受力、重力加速度等，而滑坡发生的动力条件、含水率、降雨特征等则是必要的。

6.分析监测数据

地质工程的数据监测系统一般是在综合考虑地质条件和工程活动特点基础上设计出来的地质工程数据监测系统。利用这种监测系统来确定突破口更加具有时效性、准确性，能够快速地监测到突破口变化的规律，为地质工程施工提供更加有效的数据支持。由于地质工程的施工对地质条件的变化也有较大的影响，对应的突破口的位置也有可能在施工过程中发生变化，通过分析监测出来的数据就可以及时的更正突破口的实际位置，同时这些数据也是后期系统加固和补强中的重要的数据支持。目前，在地质工程中已经广泛应用的是位移监测系统，位移监测系统操作起来比较简单、方便，而且安全性也比较高，能够监测到大量的信息。

将位移在时间、空间上的分布变化规律统一起来考虑而提出的位移时空综合分析法[3]。根据位移时空综合分析法， 变形值发生突变或位移值大得足以引起破坏的点往往成为新的破坏区或潜在突破口， 须引起密切关注[4]。位移时空综合分析法虽然在时空角度上能够直观的反应出突破口位置移动的变化规律，为了判断的准确性，还要结合之前谈到的几种方法一起使用。

7.结束语

由于地质条件是导致地质工程形成突破口的主要原因，在确定突破口的过程中首选的方法就是分析地质条件，尤其是分析岩体结构。同时还可以通过定性分析工程的几何条件、建立信息模型、计算数值、进行模拟实验、分析监测数据等多种方式来提高判断的准确性，为工程施工提供准确信息，避免决策失误。

【参考文献】

[1] 李松，王拓，陆远. 浅谈地质工程施工管理[J]. 吉林地质. 2012（04）

[2] 龚建波，李怀良. 工程地质勘察中水文地质的作用及存在的问题分析[J]. 中国新技术新产品. 2012（05）

[3]战大勇.地质工程测量技术设计方法探讨[J].黑龙江科技信息，2013（14）.

[4]李志明.地质工程复杂地质体可视化研究[J]. 黑龙江科技信息，2011（14）.