黃明奎，馬　璐

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

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試論異常氣候事件對山區(qū)工程建設(shè)的影響

黃明奎，馬璐

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

摘要:氣候異常對山區(qū)工程建設(shè)與運(yùn)營已造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也給山區(qū)工程建設(shè)與運(yùn)營安全提出了新的挑戰(zhàn)。分析了降雨、異常溫度等異常氣候?qū)ι絽^(qū)工程建設(shè)與運(yùn)營環(huán)境造成的影響，認(rèn)為異常氣候?qū)⒏淖児こ滩牧系慕Y(jié)構(gòu)與力學(xué)參數(shù)，以及工程的服役環(huán)境，而且異常氣候?qū)こ痰哪途眯?、受力性能等方面的影響也不可忽視。在此基礎(chǔ)上，從防災(zāi)、減災(zāi)等方面給出針對當(dāng)前異常氣候背景需要進(jìn)一步研究的科學(xué)問題，并指出工程建設(shè)在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)物理力學(xué)參數(shù)、安全評估系統(tǒng)等應(yīng)對氣候變化方面的對策和建議。

關(guān)鍵詞:異常氣候事件；工程建設(shè)；安全性

隨著《聯(lián)合國氣候變化框架公約》的制定完成和《京都協(xié)定書》的生效實(shí)施，氣候變化已成為各國共同面對的問題[1]。氣候變化使得氣溫異常波動、寒區(qū)凍融循環(huán)加劇以及極端氣候現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，給工程建設(shè)和工程運(yùn)營帶來顯著的影響。我國山區(qū)具有相對復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)環(huán)境脆弱，工程氣候性災(zāi)害頻發(fā)，已受到國家、工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。氣候變化引起地球表層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，是工程建設(shè)災(zāi)害發(fā)生的外動力因子。受氣候條件的影響，工程災(zāi)害隨降雨、溫度等氣候影響因子的變化發(fā)生強(qiáng)弱交替的周期性變化，而且隨著近年來人類工程活動的不斷增強(qiáng)，在強(qiáng)弱交替中工程氣候性地質(zhì)災(zāi)害也呈不斷增強(qiáng)的趨勢，特別是在極端天氣氣候事件(異常降雨、異常溫度)作用下，范圍更大、危害更為嚴(yán)重的滑坡、泥石流等工程地質(zhì)災(zāi)害[2]會被誘發(fā)。伴隨著全球氣候變化，“持續(xù)強(qiáng)降雨”、“極端強(qiáng)降雨”、“持續(xù)干旱后降雨”、“異常溫度”等異常氣候頻繁出現(xiàn)，由此誘發(fā)的工程氣候性災(zāi)害給山區(qū)工程建設(shè)與運(yùn)營帶來了巨大的困難。如何應(yīng)對異常氣候變化及其誘發(fā)的工程地質(zhì)災(zāi)害對山區(qū)工程建設(shè)與營運(yùn)的影響，已成為我國山區(qū)工程建設(shè)與營運(yùn)亟需解決的問題[3]。為了降低氣候異常及氣候性工程地質(zhì)災(zāi)害給工程建設(shè)與運(yùn)營造成的損失，我國近年來特別是2008年南方發(fā)生極端冰雪災(zāi)害以來，已投入了大量的人力、物力和財(cái)力，進(jìn)行了氣候異常及氣候性工程地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查、監(jiān)測、預(yù)警、防治等基礎(chǔ)研究。本文針對近年來異常氣候頻繁出現(xiàn)的問題，總結(jié)和分析了國內(nèi)外異常氣候?qū)こ探ㄔO(shè)及地質(zhì)災(zāi)害影響的研究成果，以此為基礎(chǔ)，分析了異常氣候?qū)ι絽^(qū)工程建設(shè)與運(yùn)營的影響，并提出了應(yīng)對氣候異常所應(yīng)進(jìn)行的研究方向，旨在為我國山區(qū)工程氣候性地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)和工程建設(shè)與管養(yǎng)部門技術(shù)人員提供參考。

1氣候異常對工程建設(shè)影響的研究

氣候是一個(gè)重要的全球性因素，是決定工程建設(shè)及其病害的主要原因。極端氣候事件是指在一定時(shí)期內(nèi)，某一區(qū)域或地點(diǎn)發(fā)生的出現(xiàn)頻率較低或有相當(dāng)強(qiáng)度的對人類社會有重要影響的天氣氣候事件[4]。主要涉及異常溫度和異常降雨。極端溫度又稱驟降或驟升溫度，是極端氣候事件的一種情況，主要指強(qiáng)冷(或強(qiáng)熱)空氣的侵襲作用。這種溫度作用對于交通基礎(chǔ)設(shè)施的影響有別于季節(jié)性長期溫度作用，其特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，屬于強(qiáng)對流性氣候現(xiàn)象[5]。在山區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，當(dāng)遭遇極端溫度作用時(shí)，公路路基以及邊坡表面首先對溫度變化產(chǎn)生響應(yīng)，而內(nèi)部由于原有的保溫性而保持原有特性，進(jìn)而在內(nèi)外表面之間產(chǎn)生了明顯的溫度梯度。隨著時(shí)間的推移及熱傳導(dǎo)的緩慢深入，內(nèi)外溫差逐漸弱化，直至路基填土或邊坡土體達(dá)到靜態(tài)熱平衡。熱傳導(dǎo)過程造成了公路路基或邊坡土體內(nèi)外達(dá)到各自變溫極值的“時(shí)間差”，即熱傳導(dǎo)的“滯后性”。熱傳導(dǎo)的滯后效應(yīng)及異常溫度驟降或驟升溫差的快速變化加大了填土結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性質(zhì)變化的可能性，增加了工程建設(shè)與運(yùn)營的病害概率。隨著極端氣候事件的頻繁出現(xiàn)，交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候性災(zāi)害事故在實(shí)際工程建設(shè)與運(yùn)營中將出現(xiàn)得越來越頻繁。由此一部分科技工作者逐漸開始關(guān)注交通基礎(chǔ)設(shè)施在服役期內(nèi)抵抗短時(shí)溫度驟變的耐久性問題。異常降雨指當(dāng)某區(qū)域或某地的降雨嚴(yán)重偏離其平均值，或從統(tǒng)計(jì)意義上進(jìn)行定義，當(dāng)降雨量超過某個(gè)百分位值(目前常用的百分位有第90、95和第99個(gè)百分位)，則認(rèn)為這個(gè)降雨為該區(qū)域和該地的極端降雨[6]。在正常的年月，旱澇的周期性變化會對山區(qū)工程地質(zhì)災(zāi)害造成一定的影響；在氣候異常的情況下，由于山區(qū)公路地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，加之工程建設(shè)等人類活動對山體的擾動，為工程災(zāi)害頻發(fā)埋下了潛在的條件。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)日降雨量超過某一閾值，我國山區(qū)公路沿線潛在地質(zhì)災(zāi)害將大規(guī)模爆發(fā)，災(zāi)變率大幅提升。因此，異常降雨誘發(fā)的工程地質(zhì)災(zāi)害也已受到國內(nèi)外的重視。

由此可見，環(huán)境氣候?qū)こ探ㄔO(shè)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營已造成不容忽視的影響。如果在山區(qū)工程設(shè)計(jì)和施工中對氣候環(huán)境異常重視不夠，而采用常規(guī)的設(shè)計(jì)和施工方法，在當(dāng)前異常氣候頻繁出現(xiàn)的條件下，必然導(dǎo)致工程修筑時(shí)和使用后出現(xiàn)質(zhì)量問題甚至災(zāi)害事故，嚴(yán)重影響到施工安全和工程的正常運(yùn)營，2008年我國南方的極端冰雪災(zāi)害就是一個(gè)較好的例子。因此，必須正確認(rèn)識氣候異常對山區(qū)工程建設(shè)的影響，改進(jìn)山區(qū)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)和施工方法[7]，積極應(yīng)對氣候異常所帶來的問題是當(dāng)前工程界急需研究和解決的課題。

1.1　異常氣候?qū)こ淘O(shè)計(jì)的影響研究

早在二十世紀(jì)九十年代初，新西蘭就開始探討了氣候變化與建筑之間的關(guān)系，并討論了極端氣候?qū)π挛魈m未來建筑性能、設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的影響，同時(shí)提出了一些應(yīng)對氣候變化的措施，但大部分的研究在本質(zhì)上是定性的，且研究的氣候變化也是已經(jīng)發(fā)生了的[8]；2003年以來，挪威學(xué)者總結(jié)統(tǒng)計(jì)了其氣候特點(diǎn)，研究分析了建筑材料、工程結(jié)構(gòu)與氣候變化間的復(fù)雜關(guān)系，確定了氣候變化對挪威建筑設(shè)計(jì)和施工的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范有不可忽略的影響，指出在極端氣候頻繁出現(xiàn)的條件下，未來的工程建筑物的安全性可能降低[9]；Meloysund等[10-11]分析了挪威現(xiàn)有工程對氣候異常產(chǎn)生變化的荷載，提出應(yīng)對氣候變化而產(chǎn)生的異常氣候事件，應(yīng)對現(xiàn)有營運(yùn)工程加強(qiáng)管養(yǎng)維護(hù)，對未來興建工程提高工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)，提高工程對氣候變化的應(yīng)變能力。Grossio等[12]研究了氣候變化所引起的凍融循環(huán)變化對已建結(jié)構(gòu)的影響，指出應(yīng)對異常氣候工程建筑養(yǎng)護(hù)維修的對策與建議；2006年，Gibson Peters等[13]研究分析了異常氣候變化與工程結(jié)構(gòu)荷載取值、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法之間的影響關(guān)系，指出異常氣候事件將增大結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)荷載，建議改用耐久性設(shè)計(jì)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高現(xiàn)在和未來工程結(jié)構(gòu)的安全性；C H Sanders等[14]論述了氣候變化對重要工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的重要性，論述了洪水、風(fēng)、暴雨等極端氣候因子對工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，給出了減少氣候因子影響的措施，同時(shí)分析了政府、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、保險(xiǎn)業(yè)、建設(shè)方面對氣候異常的響應(yīng)。

在國內(nèi)，隨著近年來異常氣候的頻繁出現(xiàn)，特別是2008年我國南方極端冰雪災(zāi)害出現(xiàn)后，異常氣候?qū)こ探ㄔO(shè)的影響受到了有關(guān)政府和科技技術(shù)人員等的重視，工程建設(shè)與氣候變化的研究工作陸續(xù)展開。黃朝迎[15]等系統(tǒng)研究了氣候異常對重大工程建設(shè)論證、設(shè)計(jì)、施工、規(guī)劃等方面的影響，指出了在重大工程建設(shè)中因未考慮氣候異常變化所帶來的嚴(yán)重后果，提出我國未來重大工程建設(shè)項(xiàng)目在規(guī)劃、設(shè)計(jì)方案、施工技術(shù)等過程應(yīng)充分考慮氣候?yàn)?zāi)害帶來的影響；王唐修等[16]指出：公路、橋梁等壽命長的基礎(chǔ)設(shè)施，在設(shè)計(jì)時(shí)必須將預(yù)計(jì)中的氣候變化因素加以考慮，并權(quán)衡利弊進(jìn)行研究分析；楊柳等[17]研究分析了室外氣候環(huán)境與室內(nèi)舒適性的關(guān)系，提出了適應(yīng)氣候變化的工程設(shè)計(jì)方法；左力等[18]系統(tǒng)的分析了建筑與氣候變化的關(guān)系，從宏觀、中觀及微觀方面分析氣候變化對建筑等工程的影響，提出了工程設(shè)計(jì)應(yīng)對氣候變化的設(shè)計(jì)方法；劉曉妮[19]則以氣溫、降水為氣候變化特征，研究分析了氣候變化與工程建設(shè)、工程建設(shè)與工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)之間的相互作用關(guān)系，得出了工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)性變化規(guī)律。

由此可見，環(huán)境氣候?qū)ι絽^(qū)工程的設(shè)計(jì)與施工會造成不容忽視的影響。在工程建設(shè)、施工以及運(yùn)營過程中，必須引入氣候異常評價(jià)因子，構(gòu)建氣候異常條件下工程安全性評價(jià)指標(biāo)體系，改進(jìn)山區(qū)工程的設(shè)計(jì)和施工方法，從源頭上積極應(yīng)對氣候異常所帶來的工程氣候性災(zāi)害問題。

1.2　異常氣候?qū)ι絽^(qū)工程災(zāi)害的影響研究

近年來，世界災(zāi)害性天氣氣候頻繁出現(xiàn)，已給各國工程建設(shè)和營運(yùn)帶來了嚴(yán)重的影響。為了適應(yīng)和減緩氣候變化對工程建設(shè)和營運(yùn)的災(zāi)害性影響，許多發(fā)達(dá)國家已開展大量的研究，提出了許多應(yīng)對氣候變化的行之有效的措施和政策框架。

美國由于極端寒冷的氣候造成俄亥俄河上幾個(gè)鋼板梁橋和系桿拱橋連接處的焊縫出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)場施工事故的發(fā)生，這引起了相關(guān)人士對極端氣候的關(guān)注，并于2002年開展了極端氣候?qū)煌üこ坍a(chǎn)生的潛在影響的研究[20]；2006年加拿大滑鐵盧大學(xué)開展了路面結(jié)構(gòu)設(shè)施性能與氣候變化的關(guān)系研究，得到了路面損壞的頻率、嚴(yán)重程度及持續(xù)時(shí)間與氣候變化間的關(guān)系的部分經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，并應(yīng)用于氣候變化對路面結(jié)構(gòu)潛在影響的評估[21]；2011年德國則進(jìn)行了交通領(lǐng)域極端氣候變化適應(yīng)性對策研究，提出了不同地區(qū)交通領(lǐng)域應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)方法和適應(yīng)性功能[22]；Brand等[23]研究分析了氣候異常對膨脹土填土路堤的影響，認(rèn)為特大干旱引起土體水分強(qiáng)烈蒸發(fā)流失導(dǎo)致嚴(yán)重收縮開裂，造成膨脹土填土路堤不均勻沉降與破壞，并指出膨脹土區(qū)域土體的收縮變形大小，除與該區(qū)域旱季干燥溫度(如氣溫、地溫)的絕對值有關(guān)外，還與旱季干燥持續(xù)時(shí)間的長短、溫差的大小有關(guān)。

在國內(nèi)，目前關(guān)于氣候變化的影響主要集中在公路、鐵路橋梁、水庫大壩以及交通運(yùn)輸與安全中。朱貝寶[23]介紹了饒陽河特大橋承載在極端寒冷的氣候條件下施工所應(yīng)采取的技術(shù)措施；王景紅等[25]分析了氣象因素如降雨、降雪、積水對路基施工、路面施工、橋梁施工以及建成公路使用等方面的影響，指出在公路設(shè)計(jì)中，選線應(yīng)盡量避開易受氣候變化誘發(fā)災(zāi)害的不良地質(zhì)地段，利用有針對性、及時(shí)的中長期天氣預(yù)報(bào)信息，趨利避害，合理安排好公路施工時(shí)間與工期，提高公路施工的管理效益并建立有效的氣象預(yù)警系統(tǒng)，及時(shí)調(diào)整施工作業(yè)程序或提前做好防范措施，降低災(zāi)害性氣候?qū)方ㄔO(shè)造成的影響；李云峰[26]則研究了模擬極端環(huán)境條件下的混凝土早期特性、裂縫控制以及耐久性試驗(yàn)方法的關(guān)鍵技術(shù)，提出了控制混凝土環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)性能的技術(shù)性能指標(biāo)，為混凝土等材料在異常氣候條件下性能的研究奠定了基礎(chǔ)；王元豐等[27]分析了暴雨、大風(fēng)、暴雪、極值氣溫和溫度驟變等極端氣候事件對橋梁材料和結(jié)構(gòu)的影響，得出極端氣候事件可增大作用的強(qiáng)度和頻度，改變橋梁的服役環(huán)境，影響橋梁的耐久性和動力性能，以此為基礎(chǔ)，從橋梁工程材料、結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)等方面指出應(yīng)對當(dāng)前異常氣候變化需要進(jìn)一步研究的科學(xué)問題，并指出橋梁工程在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營養(yǎng)護(hù)等應(yīng)對氣候變化方面的對策和建議。王之博等[28]以全球氣候變化為背景，分析了氣候異常引發(fā)的超標(biāo)洪水、冰凍、暴雨等氣候性災(zāi)害對高原水庫大壩設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)、壩身安全以及壩身材料性能的影響，提出了大壩在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等方面應(yīng)對異常氣候的對策和建議。翟雅靜等[29]研究了各種災(zāi)害性氣候?qū)Ω咚俟愤\(yùn)輸與安全的影響，通過與國外交通氣象服務(wù)的對比分析，找到了我國交通氣象服務(wù)存在的不足，提出了應(yīng)對災(zāi)害性氣候的對策和建議；蘇志等[31]考慮氣候條件與重大工程項(xiàng)目的關(guān)系，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對重大工程項(xiàng)目氣候可行性論證的內(nèi)容和技術(shù)方法進(jìn)行了分析和研究，建立了一套科學(xué)的、可行的重大工程項(xiàng)目氣候可行性論證的技術(shù)方法。李卓等[32]結(jié)合三軸試驗(yàn)，研究分析了極端氣候條件下不同初始含水率南京附近黏土的凍融強(qiáng)度，得到了黏土強(qiáng)度特性參數(shù)凍融演化特征，總結(jié)了凍融循環(huán)凍土損傷特征；陳靜靜等[32]基于1980-2007年湖南省不同降雨與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)信息的基礎(chǔ)上，引入合理的判別系數(shù)分析了致災(zāi)的不同降雨類型，得到了不同降雨類型地質(zhì)災(zāi)害的閾值。在災(zāi)害評估方面，胡寶清等[33]以孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體為基本評價(jià)指標(biāo)，在分析地質(zhì)-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)及其演變的動力學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過聚類分析，揭示了長江流域自然災(zāi)害形成機(jī)制及其分布規(guī)律，利用圖文信息可視化技術(shù)，對長江流域進(jìn)行了自然災(zāi)害分區(qū)；薛凱喜等[34]從研究山地公路地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素等方面入手，開展極端降雨條件西部山地公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和區(qū)劃工作，構(gòu)建了山地公路地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系。孫蕾等[35]對沿海城市自然災(zāi)害脆弱性進(jìn)行研究和評價(jià)，構(gòu)建了沿海城市自然災(zāi)害脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系，利用AHP法對其權(quán)重進(jìn)行了確定并建立了脆弱性模型；樊運(yùn)曉等[36]利用模糊綜合評判對區(qū)域承災(zāi)體脆弱性進(jìn)行綜合分析，建立了區(qū)域承災(zāi)體脆弱性模糊綜合評判模型，得出區(qū)域承災(zāi)體脆弱性等級；王靜愛等[37]采用灰色預(yù)測和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估相結(jié)合對災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測和評價(jià)，提出了反映城市主要致災(zāi)因子的綜合自然災(zāi)害強(qiáng)度指標(biāo)，建立了相應(yīng)的預(yù)測數(shù)學(xué)模型和評價(jià)模型，并編制了中國城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)圖；原國家科委、國家計(jì)委、國家經(jīng)貿(mào)委、自然災(zāi)害綜合研究組等相關(guān)部門，從1988年起開展了全國自然災(zāi)害的綜合研究，已建成全國自然災(zāi)害信息系統(tǒng)，為全面掌握我國自然災(zāi)害情況，制定綜合減災(zāi)對策提供了技術(shù)支撐[38]；北京師范大學(xué)對湖南省典型區(qū)域的土地利用格局進(jìn)行了分析，從孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體等方面分析了氣候?yàn)?zāi)害的形成機(jī)制，提出了適應(yīng)研究區(qū)域?qū)嶋H情況的防災(zāi)減災(zāi)對策，并建立了湖南省災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)[39]。

鐵路、公路等基礎(chǔ)線性工程是山區(qū)工程建設(shè)的重要工程，也是關(guān)系一個(gè)國家或地區(qū)國計(jì)民生的生命線工程，其建設(shè)和規(guī)劃要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件來進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。當(dāng)異常天氣氣候事件發(fā)生后，能否成災(zāi)主要看工程承載體及其附屬工程的抗災(zāi)能力、承受能力。目前我國在常規(guī)的交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、施工、處治病害(包括北方的基礎(chǔ)建設(shè)的抗凍害、融沉)等方面取得了可喜的成績，而且在實(shí)際工程中也有許多成功的工程實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)，以青藏鐵路、青藏公路等重要寒區(qū)工程為依托，對低溫條件下的寒區(qū)公路工程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了許多重要的成果，但對異常氣候帶來的全國特別是南方工程建設(shè)災(zāi)害問題目前研究較少，有待于深入研究。在寒區(qū)等特殊區(qū)域，劉永智等[40]通過對現(xiàn)場實(shí)體工程的長期監(jiān)測資料和路基破壞機(jī)理分析研究，討論了高溫多年凍土地區(qū)凍土路基的變形特征以及凍土路基變形與工程地質(zhì)條件的關(guān)系，給出了寒區(qū)路基隨地溫變化而產(chǎn)生的變形過程；王紹令等[41]研究了不同凍土類型路段瀝青路面下熱量收支狀況及路基熱量年周轉(zhuǎn)率，找出了導(dǎo)致路基沉陷及產(chǎn)生融化核的根本原因，并開展了路基內(nèi)融化核形成演化及其穩(wěn)定性分析；程愛君等[42]在分析了多年凍土區(qū)鐵路路基凍害的主要類型及其形成的主要原因的基礎(chǔ)上，提出了多年凍土區(qū)鐵路路基病害綜合防治措施；趙林等[43]基于過去多年的研究成果，考慮氣候變化影響下青藏公路運(yùn)營所面臨的凍土退化、凍害等問題，針對不同路段提出路基的初步處理措施；霍明等[44]引入模糊數(shù)學(xué)理論建立了全球氣候變暖和人類工程活動影響下的青藏公路多年凍土區(qū)病害預(yù)警系統(tǒng)；吳青柏等[45]利用長期以來積累的研究成果，提出了主動冷卻路基、降低多年凍土溫度的寒區(qū)筑路工程技術(shù)新的設(shè)計(jì)理念與思想，以達(dá)到降低多年凍土溫度、適應(yīng)氣候變化的目的；Huang M K等[46]借助現(xiàn)場載荷實(shí)驗(yàn)，研究分析了多年凍土區(qū)路基填土的相關(guān)力學(xué)性質(zhì)，為寒區(qū)路基工程設(shè)計(jì)、施工提供新資料。從以上研究分析可知，目前國內(nèi)外針對特殊氣候條件下在交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、施工、處治病害等方面取得了可喜的成績，但氣候異常對工程建設(shè)的影響研究僅有一定的分散工作，還沒有系統(tǒng)研究總結(jié)氣候異常對山區(qū)工程建設(shè)、施工、運(yùn)營以及災(zāi)害等方面的影響，需要予以更多的關(guān)注和研究。

2結(jié)論與建議

氣候的異常變化給工程建設(shè)帶來了極大的影響，也給已運(yùn)營工程帶來了巨大的考驗(yàn)。隨著近年來異常氣候頻繁出現(xiàn)，在工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)等過程中我們不能照搬常規(guī)條件下現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，也不能仿照我國三北地區(qū)低溫等特殊氣候環(huán)境下的工程設(shè)計(jì)等相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，必須尋求針對當(dāng)前異常氣候環(huán)境下的新的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)規(guī)則。值得關(guān)注的筆者認(rèn)為主要有如下一些問題：

(1) 氣候異常條件下工程結(jié)構(gòu)材料物理、力學(xué)性能的研究及相關(guān)試驗(yàn)方法的制定與完善。

在氣候異常條件下，工程材料將受到不同程度的影響。與常規(guī)氣候條件相比，在異常氣候條件下，如持續(xù)的高溫或低溫、持續(xù)降雨、高低溫交替作用，交通基礎(chǔ)工程設(shè)施材料結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能將有較大的變化，必然影響工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。以路基結(jié)構(gòu)為例，在山區(qū)交通工程中，作為公路、鐵路承載體路基是以土體作為填料，目前主要由人工或機(jī)械填筑，并壓實(shí)到現(xiàn)有規(guī)范要求的密實(shí)度，以承托線路和運(yùn)輸設(shè)備動荷載的土工結(jié)構(gòu)物。填土路堤的變形與穩(wěn)定除受填筑土體的土質(zhì)結(jié)構(gòu)特性以及填筑條件影響外，還受外界氣候環(huán)境的影響。對于山區(qū)路堤土體，一般為三面臨空，極易受到降雨、蒸發(fā)和溫度等外界環(huán)境氣候因子的作用，由此形成以路面為頂、兩側(cè)路基邊坡為腰的同心梯形外界環(huán)境氣候影響的分布帶，填土天然含水率則呈現(xiàn)出由低到高再逐漸降低，容重、飽和度逐漸增大，孔隙比逐漸減小，抗剪強(qiáng)度逐漸增大等特征[47]，反映出外界氣候因子對路基填土的影響規(guī)律為由表及里、由強(qiáng)到弱，引起路堤和兩側(cè)邊坡的變形集中在環(huán)境氣候的強(qiáng)影響層范圍內(nèi)。另外由于路堤填土塊徑相差較大，土體在異常氣候影響下風(fēng)化和崩解加大路堤結(jié)構(gòu)變化造成力學(xué)性質(zhì)的變化及變形的不均勻，導(dǎo)致路基和兩側(cè)邊坡難以保持平順，進(jìn)而引起填土裂隙增加，在降雨或地表徑流滲入等氣象環(huán)境作用下，路堤土體吸水軟化，強(qiáng)度降低，同時(shí)水充填裂隙產(chǎn)生的靜、動水壓力，進(jìn)一步加大路堤填土裂隙擴(kuò)展而導(dǎo)致路堤和邊坡失穩(wěn)破壞[48]。因此開展異常氣候條件下工程材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物理、力學(xué)性能的研究分析對研究分析工程結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定至關(guān)重要。

(2) 氣候異常條件下工程建設(shè)的安全性評估系統(tǒng)。

工程結(jié)構(gòu)安全性評估是對工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)承載能力或強(qiáng)度所存在的潛在危險(xiǎn)進(jìn)行定性或定量分析，判斷結(jié)構(gòu)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性及其程度，以確定結(jié)構(gòu)的安全狀況。而安全性指標(biāo)評估體系則是評估的重要基礎(chǔ)，異常氣候不僅對工程結(jié)構(gòu)材料內(nèi)在結(jié)構(gòu)、物理、力學(xué)性能影響較大，而且對工程結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形產(chǎn)生重要影響，而現(xiàn)有的工程建設(shè)安全性評估指標(biāo)或方法是基于常規(guī)氣候條件下獲得的，已不能反映異常氣候條件下工程結(jié)構(gòu)內(nèi)在的承載狀況，其評價(jià)結(jié)果的適用性有待于進(jìn)一步商榷。因此，開展異常氣候條件下工程結(jié)構(gòu)的安全性評估，對異常氣候誘發(fā)的工程災(zāi)害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(3) 工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制訂。

工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)(如規(guī)范或規(guī)程)作為工程建設(shè)的技術(shù)依據(jù)，是規(guī)范和引導(dǎo)工程建設(shè)及其結(jié)果的規(guī)范性文件，也必然受到異常氣候變化的影響。常規(guī)的相關(guān)工程建設(shè)設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)規(guī)范(或規(guī)程)雖在工程建設(shè)設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)過程中發(fā)揮了重要作用，但當(dāng)前大量的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)針對異常災(zāi)害性氣候的危害程度估計(jì)不足，災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)意識和防災(zāi)減災(zāi)能力不夠，在近年來異常氣候條件下已造成了較為嚴(yán)重的問題，受到廣泛關(guān)注。而當(dāng)前針對異常氣候條件的工程建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范尚未面世，已不能滿足氣候異常對工程建設(shè)帶來的氣候性災(zāi)害影響。以溫度對路基影響為例，在正常年份，受到環(huán)境溫度周期性變化的作用，在大氣風(fēng)化營力作用深度范圍內(nèi)，溫度對路基的影響自地表向下逐漸減弱，而在溫度異常時(shí)，溫度的影響深度往往超過了原來的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，改變影響深度范圍內(nèi)材料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)，給路基、路塹邊坡的穩(wěn)定性帶來極大的影響，導(dǎo)致嚴(yán)重的工程問題或事故。因此，急需研究目前氣候變化的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，分析總結(jié)異常氣候?qū)こ探ㄔO(shè)與運(yùn)營的影響，正確評判氣候異常條件下山區(qū)工程材料、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與危險(xiǎn)等級，制定或建立能滿足氣候異常變化的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為未來應(yīng)對氣候變化發(fā)展的工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。

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Influences of Unusual Climate Events on Mountain Project Construction

Huang Mingkui and Ma Lu

(CollegeofCivilEngineering,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China)

Abstract:Unusual climate events have induced severe influences on mountain project construction and operation, and also constitute new challenges to security of mountain project construction and operation. The effects of rainfall, unusual temperatures on environments of mountain project construction and operation are analyzed, and it is concluded that none of these unusual climate events should be ignored in durability and bearing properties because the unusual climate events should change the structure and mechanical parameters of engineering materials, and also change the active environment mountain engineering. Based on the above analysis, to deal with the unusual climate events, the further research scientific problems are put forward from the disaster prevention and mitigation, and countermeasures are proposed for design standards, mechanical parameters, safety evaluation system mountain project construction and operation.

Key words:unusual climate events; project construction; security

作者簡介：黃明奎(1975-)，男，四川隆昌人，博士(后)，教授，主要從事隧道及巖土工程方面的教學(xué)研究工作. E-mail: hmksmile@163.com

基金項(xiàng)目：重慶市教委 資助(2019501129)

收稿日期：2015-08-03修回日期：2015-09-12

中圖分類號：X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)01-0017-05

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.004