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摘要：本文从水利工程建设在西部大开发和南水北调工程中的重要性着手，引出了在西部水工程中容易遇到的岩土工程问题。并且详细的介绍了黄土工程问题、冻土工程问题、深埋长隧洞地质灾害问题、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题、厚覆盖层工程特性及其处理技术问题及这些岩土问题的特点和处理思路。
关键词：西部水工程；岩土问题；黄土问题；冻土问题
一、引言
水利工程对于西部大开发具有重要的战略意义，如何合理的开发利用水资源，对于西部大开发工程和南水北调工程来说具有十分重要的意义。要想合理的开发及利用水资源就必须在西部建设的过程中建设一批具有重要战略意义的高坝大库、深埋地下的输水隧道等等。由于我国西部地区的特殊环境，在这些重要水利工程的建设中必然会遇到诸如：黄土工程问题、冻土工程问题、深埋长隧洞地质灾害问题、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题、厚覆盖层工程特性及其处理技術问题等等。这些问题是如何产生的，在我国的西部水利工程中又如何处理这些问题，这是一个值得西部建设工作者们共同关注的问题。
二、西部水工程中的岩土工程问题：
1、黄土工程问题
我国西北地区的黄土层较厚、较完整，它们具有分布的连续性和特征的典型性。西部大开发中的基础建设、生态环境改善都与黄土问题密切相关。在西部大开发的建设中不可避免的会遇到各种黄土病害问题。黄土工程病害问题主要是由黄土遇水产生湿陷变形所引起的，这种变形往往是突然变化的，而且具有不均匀性和不可逆性。常见的有：地基湿陷引起建筑物的倾斜、裂缝；黄土高填方路基不均匀沉降变形；挖方渠道和黄土塬边坡的塌滑坡坏；土坝湿陷裂缝与管涌；因黄土湿陷产生负的桩基破坏；黄土隧洞围岩的失稳等。
为了解决黄土工程问题，岩土工程工作者进行了长时间的研究，在黄土的力学性质与工程应用方面取得了进步。但是到目前为止，关于黄土性质的研究虽然很多，从工程应用的实际角度出发，依然有许多问题没能得到很好的解决。随着科学技术的进步和西部大开发战略的实施，建筑施工者们对西部黄土地工程问题的研究提出了新的课题。据归纳关于西部黄土问题的发展趋势和研究重点应放在以下5个方面：黄土的强度理论的研究探索；针对我国西北地区多处于干旱和半干旱的实际情况，非饱和黄土理论的深化研究；黄土动力特性的继续加强研究；结合工程实例和室内模型，进行黄土与建筑物在增湿、地震条件下的相互作用性状的研究；黄土地区建筑物的设计方法和标准的进一步完善；根据黄土的特性和本质规律，进行的工程处理材料和工程处理措施的研究开发。
2、冻土工程问题
我国是世界上的第三大冻土分布国。冻土区域面积占国土总面积的60％以上。而西北地区又是我国的主要寒区地带，随着我国西部大开发战略的实施，寒区工程建设中将会遇到越来越多的冻土工程问题。冻土在冻结时有较大的冻胀力，融化时又表现为融陷性。由冻到融的过程中，冻土的密度、可压缩性、强度指标均有显著的变化。冻土的物理特性的变化对相关建筑物会产生不利的影响。比如：季节性冻土地区，渠道等建筑物由于冻土的冻胀作用会产生裂缝，斜歪以至倒塌；在多年冻土地区，由于冰融化为水时体积会缩小使上面的建筑物产生热融沉陷，造成建筑物的开裂和破坏；在多年冻土的地区，输水隧洞，渠道，水坝等建筑物在运行过程中，由于原来的冻结残坡积层融化，形成热融滑塌和冻融泥石流；由于冻土的融化导致含有冻土的区域泥土性质改变发生溶化形成溶洞，同时也可能使永久冻土或多年冻土变为季节性冻土，造成新的地质灾害。
介于经济建设的需要，关于冻土特性的研究也在不断深入，可归纳为以下4个方面：①冻土的宏观力学和细观力学性质的研究②冻土中热质迁移理论研究③冻土中的水分迁移理论研究④正冻土的水、热、力与变形耦合模型研究。随着部大开发战略的实施和南水北调工程的建设，伴随着西部特殊的气候和地域条件，冻土问题必须加以解决。在下一阶段，在已有的基础上，需深化以下6方面的研究工作：(1)选择多个典型地区开展冻土季节性溶化深度、下沉变形量、冻胀量的原位观测，为深入研究冻土问题提供依据。(2)在不同初始状态、不同应力路径和不同应力水平条件下，开展冻土溶化过程力学特性的室内试验研究，并采用如离心模拟实验等新的试验手段 。(3)通过对相关资料和试验成果进行系统分析，深入研究冻土冻胀融沉的内在机制。在全面考虑冻土中的骨架：冰、水、气的相互作用和对于外界的应变产生的相互影响的基础上，建立本构模型，使该模型能综合反映冻土在复杂外部环境条件下部分溶化或全部溶化的过程。(4)以大量研究成果为基础，提出考虑如土质因素、水分因素、温度因素等自然条件和如载荷因素、结构因素等工程条件的建筑物设计原则。(5)针对需要，开发抗冻保温材料和冻害防治技术。(6)根据水利工程的施工特点，开展冻土环境对大型水利工程的影响研究。
3、深埋长隧洞地质灾害问题
深埋长隧洞是南水北调工程的突出问题。因此，结合南水北调工程的特点，开展超前研究，对于保证西线引水工程的顺利实施，具有十分重要意义。这些研究包括深埋隧洞地质灾害的成灾基础理论的研究、施工期前方地质条件的超前勘测技术、施工期地质超前预报及地质灾害防治技术等方面的研究。开展这些研究可以最大限度地减少西线工程施工期地质灾害的发生。
4、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题
我国80％的水能资源分布在西部。随着西部大开发战略的实施，在我国西部高坝大库的建设也将会越来越多。在这些高坝大库的建设中，高土石坝的建设占了占据了重要的部分。比如紫坪铺、瀑布沟、大柳树、公伯峡、糯扎渡等高坝都是重要的工程。南水北调的西线工程中会建设多座200～300m级的高坝，而士石坝为首选坝型。在西部建设的这些土石坝在世界上名列前茅，它主要表现在坝高和坝的抗震能力上面。这些土石坝多位于强震区，这些地区的地震频率高、强度大，所以土石坝的变形稳定性特别是抗震安全性显得尤为突出。
在高土坝的抗震研究方面，由于目前对强震作用下结构及筑坝材料等问题的认识尚不深入，非线性动力本构模型等方面的理论尚未成熟，加上震害实例的对比分析缺乏。使得目前很难通过理论分析得到在地震影响下高坝的真实动力响应，所以难以弄清在地震作用下坝的结构是如何破坏的。目前对高坝地震灾害机理尚不十分的清楚，所以不能够对地震作用下的高坝抗震安全性进行科学的评价，这个制约因素严重影响了高坝大库抗震设计的可靠性，制约了高坝大库建设的发展。
5、厚覆盖层工程特性及其处理技术问题
考虑到我国西部地区的地域特点，在我国西部地区设计建设的许多水利电力枢纽将不可避免地位于深厚覆盖层上。这些地方多处于高地震强度区，有些工程的覆盖层深达几百米，地震强烈度在9度以上。目前尚无成熟的工程经验可供借鉴如何在如此高的地震烈度区和如此深的覆盖层上修建高坝。许多关键性的工程技术问题需要研究解决。对于深厚覆盖层工程特性及其处理技术的研究是水电工程界广泛关注的问题。我国过去主要侧重于室内试验研究覆盖层工程特性。但是随着覆盖层厚度加大，勘探和取样难度就越来越大，原位结构性对材料的静、动力特性的影响也更加显著。发展更加简便实用的深厚覆盖层的现场勘测技术，并建立现场测试和室内试验联合确定材料工程力学特性参数的方法是十分必要的。在防渗体的静动力作用工作的分析方法上面，国内外目前主要发展了以等效线性模式为基础的方法和程序。目前，对高应力、复杂应力条件下的粗粒土，在地震动力作用下的应力一应变关系、剪胀特性及永久变形特性的研究还很不够，有必要进一步完善已有的分析方法，同时开发能够考虑上述特性的非线性模型、计算方法和程序。
三、结语：
西部大开发战略和南水北调水工程建设不可避免将会遇到黄土、冻土等特殊土工程问题、深埋长隧洞地质灾害问题、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题、深厚覆盖层工程特性及其处理技术等一系列的关键岩土工程问题。围绕这些问题，需要积极的开展系统的研究工作。需要有多技术途径的结合：现场测试和室内试验相结合，宏观研究与细观研究相结合，物理模拟与数值模拟相结合，常规手段与高新技术相结合，定性分析与定量分析相结合，理论研究与实际应用相结合。通过研究，从深层次上解决问题，为我国西部大开发战略实施和南水北调工程的建设提供技术保证。
四、参考文献：
[1]汪小刚.邢义川.赵剑明.张文煊.西部水工程中的岩土工程问题[J]. 岩土工程学报,2007,(08)
[2] 沈珠江.黄土的损伤力学模型探索[M].第七届全国土力学与岩土工程学术讨论会议文选集,2004．
[3]刘小生．王钟宁.赵剑明.面板堆石坝振动模型试验及动力分析研究[J].水利学报,2002,(2)
[4] 汪小刚.西部水工程中的岩土工程问题[C].第一届中国水利水电岩土力学与工程学讨论会议文集,2006
[5] 王芝银.李云鹏.西部岩土工程与岩土力学问题[J].长安大学学报,2003,（1）
关键词：西部水工程；岩土问题；黄土问题；冻土问题
一、引言
水利工程对于西部大开发具有重要的战略意义，如何合理的开发利用水资源，对于西部大开发工程和南水北调工程来说具有十分重要的意义。要想合理的开发及利用水资源就必须在西部建设的过程中建设一批具有重要战略意义的高坝大库、深埋地下的输水隧道等等。由于我国西部地区的特殊环境，在这些重要水利工程的建设中必然会遇到诸如：黄土工程问题、冻土工程问题、深埋长隧洞地质灾害问题、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题、厚覆盖层工程特性及其处理技術问题等等。这些问题是如何产生的，在我国的西部水利工程中又如何处理这些问题，这是一个值得西部建设工作者们共同关注的问题。
二、西部水工程中的岩土工程问题：
1、黄土工程问题
我国西北地区的黄土层较厚、较完整，它们具有分布的连续性和特征的典型性。西部大开发中的基础建设、生态环境改善都与黄土问题密切相关。在西部大开发的建设中不可避免的会遇到各种黄土病害问题。黄土工程病害问题主要是由黄土遇水产生湿陷变形所引起的，这种变形往往是突然变化的，而且具有不均匀性和不可逆性。常见的有：地基湿陷引起建筑物的倾斜、裂缝；黄土高填方路基不均匀沉降变形；挖方渠道和黄土塬边坡的塌滑坡坏；土坝湿陷裂缝与管涌；因黄土湿陷产生负的桩基破坏；黄土隧洞围岩的失稳等。
为了解决黄土工程问题，岩土工程工作者进行了长时间的研究，在黄土的力学性质与工程应用方面取得了进步。但是到目前为止，关于黄土性质的研究虽然很多，从工程应用的实际角度出发，依然有许多问题没能得到很好的解决。随着科学技术的进步和西部大开发战略的实施，建筑施工者们对西部黄土地工程问题的研究提出了新的课题。据归纳关于西部黄土问题的发展趋势和研究重点应放在以下5个方面：黄土的强度理论的研究探索；针对我国西北地区多处于干旱和半干旱的实际情况，非饱和黄土理论的深化研究；黄土动力特性的继续加强研究；结合工程实例和室内模型，进行黄土与建筑物在增湿、地震条件下的相互作用性状的研究；黄土地区建筑物的设计方法和标准的进一步完善；根据黄土的特性和本质规律，进行的工程处理材料和工程处理措施的研究开发。
2、冻土工程问题
我国是世界上的第三大冻土分布国。冻土区域面积占国土总面积的60％以上。而西北地区又是我国的主要寒区地带，随着我国西部大开发战略的实施，寒区工程建设中将会遇到越来越多的冻土工程问题。冻土在冻结时有较大的冻胀力，融化时又表现为融陷性。由冻到融的过程中，冻土的密度、可压缩性、强度指标均有显著的变化。冻土的物理特性的变化对相关建筑物会产生不利的影响。比如：季节性冻土地区，渠道等建筑物由于冻土的冻胀作用会产生裂缝，斜歪以至倒塌；在多年冻土地区，由于冰融化为水时体积会缩小使上面的建筑物产生热融沉陷，造成建筑物的开裂和破坏；在多年冻土的地区，输水隧洞，渠道，水坝等建筑物在运行过程中，由于原来的冻结残坡积层融化，形成热融滑塌和冻融泥石流；由于冻土的融化导致含有冻土的区域泥土性质改变发生溶化形成溶洞，同时也可能使永久冻土或多年冻土变为季节性冻土，造成新的地质灾害。
介于经济建设的需要，关于冻土特性的研究也在不断深入，可归纳为以下4个方面：①冻土的宏观力学和细观力学性质的研究②冻土中热质迁移理论研究③冻土中的水分迁移理论研究④正冻土的水、热、力与变形耦合模型研究。随着部大开发战略的实施和南水北调工程的建设，伴随着西部特殊的气候和地域条件，冻土问题必须加以解决。在下一阶段，在已有的基础上，需深化以下6方面的研究工作：(1)选择多个典型地区开展冻土季节性溶化深度、下沉变形量、冻胀量的原位观测，为深入研究冻土问题提供依据。(2)在不同初始状态、不同应力路径和不同应力水平条件下，开展冻土溶化过程力学特性的室内试验研究，并采用如离心模拟实验等新的试验手段 。(3)通过对相关资料和试验成果进行系统分析，深入研究冻土冻胀融沉的内在机制。在全面考虑冻土中的骨架：冰、水、气的相互作用和对于外界的应变产生的相互影响的基础上，建立本构模型，使该模型能综合反映冻土在复杂外部环境条件下部分溶化或全部溶化的过程。(4)以大量研究成果为基础，提出考虑如土质因素、水分因素、温度因素等自然条件和如载荷因素、结构因素等工程条件的建筑物设计原则。(5)针对需要，开发抗冻保温材料和冻害防治技术。(6)根据水利工程的施工特点，开展冻土环境对大型水利工程的影响研究。
3、深埋长隧洞地质灾害问题
深埋长隧洞是南水北调工程的突出问题。因此，结合南水北调工程的特点，开展超前研究，对于保证西线引水工程的顺利实施，具有十分重要意义。这些研究包括深埋隧洞地质灾害的成灾基础理论的研究、施工期前方地质条件的超前勘测技术、施工期地质超前预报及地质灾害防治技术等方面的研究。开展这些研究可以最大限度地减少西线工程施工期地质灾害的发生。
4、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题
我国80％的水能资源分布在西部。随着西部大开发战略的实施，在我国西部高坝大库的建设也将会越来越多。在这些高坝大库的建设中，高土石坝的建设占了占据了重要的部分。比如紫坪铺、瀑布沟、大柳树、公伯峡、糯扎渡等高坝都是重要的工程。南水北调的西线工程中会建设多座200～300m级的高坝，而士石坝为首选坝型。在西部建设的这些土石坝在世界上名列前茅，它主要表现在坝高和坝的抗震能力上面。这些土石坝多位于强震区，这些地区的地震频率高、强度大，所以土石坝的变形稳定性特别是抗震安全性显得尤为突出。
在高土坝的抗震研究方面，由于目前对强震作用下结构及筑坝材料等问题的认识尚不深入，非线性动力本构模型等方面的理论尚未成熟，加上震害实例的对比分析缺乏。使得目前很难通过理论分析得到在地震影响下高坝的真实动力响应，所以难以弄清在地震作用下坝的结构是如何破坏的。目前对高坝地震灾害机理尚不十分的清楚，所以不能够对地震作用下的高坝抗震安全性进行科学的评价，这个制约因素严重影响了高坝大库抗震设计的可靠性，制约了高坝大库建设的发展。
5、厚覆盖层工程特性及其处理技术问题
考虑到我国西部地区的地域特点，在我国西部地区设计建设的许多水利电力枢纽将不可避免地位于深厚覆盖层上。这些地方多处于高地震强度区，有些工程的覆盖层深达几百米，地震强烈度在9度以上。目前尚无成熟的工程经验可供借鉴如何在如此高的地震烈度区和如此深的覆盖层上修建高坝。许多关键性的工程技术问题需要研究解决。对于深厚覆盖层工程特性及其处理技术的研究是水电工程界广泛关注的问题。我国过去主要侧重于室内试验研究覆盖层工程特性。但是随着覆盖层厚度加大，勘探和取样难度就越来越大，原位结构性对材料的静、动力特性的影响也更加显著。发展更加简便实用的深厚覆盖层的现场勘测技术，并建立现场测试和室内试验联合确定材料工程力学特性参数的方法是十分必要的。在防渗体的静动力作用工作的分析方法上面，国内外目前主要发展了以等效线性模式为基础的方法和程序。目前，对高应力、复杂应力条件下的粗粒土，在地震动力作用下的应力一应变关系、剪胀特性及永久变形特性的研究还很不够，有必要进一步完善已有的分析方法，同时开发能够考虑上述特性的非线性模型、计算方法和程序。
三、结语：
西部大开发战略和南水北调水工程建设不可避免将会遇到黄土、冻土等特殊土工程问题、深埋长隧洞地质灾害问题、高土石坝变形稳定及抗震安全性问题、深厚覆盖层工程特性及其处理技术等一系列的关键岩土工程问题。围绕这些问题，需要积极的开展系统的研究工作。需要有多技术途径的结合：现场测试和室内试验相结合，宏观研究与细观研究相结合，物理模拟与数值模拟相结合，常规手段与高新技术相结合，定性分析与定量分析相结合，理论研究与实际应用相结合。通过研究，从深层次上解决问题，为我国西部大开发战略实施和南水北调工程的建设提供技术保证。
四、参考文献：
[1]汪小刚.邢义川.赵剑明.张文煊.西部水工程中的岩土工程问题[J]. 岩土工程学报,2007,(08)
[2] 沈珠江.黄土的损伤力学模型探索[M].第七届全国土力学与岩土工程学术讨论会议文选集,2004．
[3]刘小生．王钟宁.赵剑明.面板堆石坝振动模型试验及动力分析研究[J].水利学报,2002,(2)
[4] 汪小刚.西部水工程中的岩土工程问题[C].第一届中国水利水电岩土力学与工程学讨论会议文集,2006
[5] 王芝银.李云鹏.西部岩土工程与岩土力学问题[J].长安大学学报,2003,（1）