环境是以人类活动为核心的周围空间。地质环境是以人类活动为核心的周围地质空间条件。工程建设地质环境是以工程建设活动为核心的周围地质空间条件。地质环境研究主要是进行人类活动的地质条件的适宜性或地质环境质量评价。一般来说,地质环境质量评价包括两方面内容:①地质环境质量评价;②地质环境容量评价。地质环境质量评价是指论证供人类活动的地质环境体系和相互作用结果对人类活动地质条件适宜性的优劣;地质环境容量主要是指特定地质环境内地质资源所能供养的人口数量,地质环境容量评价是论证特定地质环境内地质资源的丰度和人类合理开发能力的高低。广义地说,地质环境质量也包括地质环境容量。对一般工程建设来说,不专门论证地质环境容量,对于一些专门课题,如新的居民点开发、城市持续发展论证等才专门进行地质环境容量论证。对狭义的工程建设研究,一般不专门进行地质环境容量论证。
图7-1 地质环境的形成示意图
地质环境是指人类活动的基本场所,包括地球表层岩石圈和土壤层两部分地质体的组成、特征和各类地质作用与现象所构成的人类生活、生产条件的总体,或者称为地质环境系统。人是地质环境的主体,又是地质环境变化的动力。“地质环境”的提出,是相对于人类的存在,即地质环境研究是为人类生存和生活服务的。从人类产生起,就对地质环境不断地进行改造,破坏和建设,其力度随人类活动强度的增大而不断地增强,这种作用强度如果在同一时间尺度内衡量,它比其他自然地质营力都大得多。由此来看,地质环境的形成来自两方面营力,如图7-1所示,即地质营力和人类活动。地质营力包括内动力(内营力)和外动力(外营力)两种。人类活动,从地质角度看,也是一种外动力(外营力),它和自然的地质外营力作用共同构成改造地质环境的外动力。今天来说,在改造地质环境的外动力中人类活动的作用百倍、万倍的大于自然地质的外营力作用。所以,地质环境质量评价应该包括人类活动与地质环境体系和相互作用的多种因素作用。地质环境体系是由多种因素构成,所以地质环境质量既包括地质环境各种要素特征和因素总体对人类生存、生活和社会经济发展的适宜程度,又包括人类活动对地质环境的开发利用和保护改善的合理性与能力,同时还包括人类与地质环境之间相互作用的协调程度。也就是说,地质环境质量既有人类活动与地质环境两种事物自身质量的含义,也有相互间作用质量的含义。其直接体现则是人类与地质环境之间相互作用所产生的效益与危害之比,比值越大,质量越好;比值越小,质量越差。这是地质环境质量评价的基本概念。
目前的工程建设与地质环境关系研究,主要是着眼于地质工程稳定性,特别是地基、边坡、地下洞室稳定性,这方面问题已经引起了重视。可是,关于地质环境问题还没有引起足够重视。由于对地质环境问题不重视,在城市、新的开发区、道路、水利水电、矿山建设中出了不少问题,为国家造成巨大的经济损失。比如洪水淹没,是不是地质环境问题?有人说不是,著者认为是。因为,它是由于近代地壳沉降诱发的,实质上是内动力和大气降水联合作用结果。洪水泛滥淹没造成的城市和经济开发区事故,就是这个原因。我国江河湖海附近地区存在着许多近代地壳沉降带,当地群众有经验,这种地方谁也不用它,成为撂荒地。工厂和开发区建设中,因为对这种地区的地质环境问题不认识,就破土动工建设高楼大厦,一遇到洪水泛滥,就遭受淹没灾害。近几年,著者遇到一些与此有关的问题。著者参与了北京市西八间房开发区航空干部管理学院建筑群开发,在地基勘察前甲方已经作好了设计,著者拿到1∶2000的工程布置图,展开一看,发现这张图上有两组十分有规律的断续分布的线形水体,一组是北北东向;另一组是北西西向,这与北京市新近断裂方向十分一致。因此怀疑它是活断层在地面的反映。经查阅了北京市有关的地质资料,证实良乡-顺义断裂通过这个地区,当基坑开挖后,到基坑底进行验槽时,基坑东南角产生了塌方。这个基坑深9m,在地面下4m处留有宽1m的台阶,塌方的后缘就在这个台阶处,塌方后这个台阶呈现出“X”节理遗迹——锯齿状破裂面。这明显是良乡-顺义断裂的影响带。良乡-顺义断裂主断裂面在哪里?著者建议采用测量氡气的α卡仪进行断层带逸出的α射线剂量测量,结果得到良乡-顺义断裂带位置距建筑物的距离仅70m,规范规定建筑物距断裂带距离不得小于50m,按理来说,是允许的。但该断层的活动强度较大,以至其作用影响到基坑处,基坑内淤泥与粉细砂层面处出现有一系列的揉皱和错动现象,淤泥层显现为“X”节理。这在北京市是少见的。这个事实表明,该处土体中的地应力的水平应力分量大于垂直分量。根据极限平衡理论,著者建议取作用于地下室上的水平应力σh=1.2γh校核地下室结构稳定性。甲方同意此意见,设计单位按此意见复核了设计,这些工作完成后,延误工期一个多月,总共增加费用50~60万元。著者曾介入了北京某房地产开发公司在丰台区的一个程庄子开发区的地基勘察工作,并对开发区做了地质环境质量评价。中国地质科学院地质工程公司用电法和α卡仪作了一下探测,发现西四-五里店断裂通过开发区西北部,下盘埋深仅30m左右,为正断层,断层错距达6m,显然高楼不能建在它上面。又如长江三峡移民点,巫山县城搬迁选择的新城址位于长江六级台地上,台地上部堆积有10~20m厚的黄土,三峡水库蓄水后,这些黄土构成水库的库岸,在风浪作用下肯定会发生塌岸。现在看起来城址条件比较好,可是水库蓄水后,水库塌岸有可能塌掉几十米,甚至上百米宽。这个后果应该考虑,要进行预测。1995年何满潮教授等研究结果表明,巫山县新址是位于一个复杂的滑坡体上,问题比较复杂,要深入地进行地质环境评价,否则损失就大了。重庆有一个川东电业大楼,在建设过程中勘测单位确定地基为砂岩,认为地基承载力足够。著者到现场调查发现,地基后缘存在有宽20~30cm的裂缝,是一个滑坡的后缘,重庆长江大桥建设时就发现了这个滑坡,这是由于在勘察过程中不重视地质环境研究的结果。1994年4月30日乌江鸡冠岭山体发生了大崩塌,这也是一种典型的地质环境问题。著者于6月下旬应地质矿产部的邀请到现场进行了考察,考察的目的是论证治理方案。著者判断这次崩塌的主要原因是在已存在采空区的上盘内凿风井引起的。这个事故产生的原因主要在于在采矿开凿风井前没有进行地质环境评价。这次崩塌结果,乌江停航近200天,据地方估计,停航一天损失达98万元,仅航运损失就达2亿元。上面列举的事例表明,地质环境对工程建设的经济和安全至关重要,所以在工程建设开始之前必须进行地质环境质量评价。