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本文基于可持续发展思想、优势面理论和人一地调谐理论,从地学角度对济南市生态城市建设,特别是城市环境岩士工程问题和地质灾害进行专题研究。探讨济南市生态环境问题及其发展变异规律,提出解决具体生态环境问题(特别是环境岩土工程和地质灾害问题)的方案和对策,为生态城市规划提供基础依据。
查明了济南市区的基本地质背景和岩土体工程地质特征:济南市位于华北板块鲁西隆起区北缘。区内构造运动在中生代燕山期活动强烈,形成了北北东、北北西和近东西方向等三组断裂。岩浆沿缓倾斜构造薄弱带侵入活动形成济南市区的辉长岩岩体;新构造运动表现为断裂近期复活和地壳差异升降运动以及震级相对较低的地震活动。
对断裂构造发育特征和活动性进行了系统研究,并进行了老、新、活三类构造的划分,指出本区以NE向印支期构造体系、NW向燕山期构造系为骨架并发育了NNE向新构造体系和NNW向新生代晚期构造体系等四套构造体系。
针对济南市区的实际地质情况和工程地质条件,和优势断裂控制地区和场地稳定性的基本观点建立了一套确定优势断裂的优势指标。通过优势指标法、综合分析法和专家判定法找出了区域优势断裂和场区优势断裂,并对区域优势断裂进行了分级。济南市区的区域优势断裂主要有聊兰断裂、郯庐断裂、东梧断裂、千佛山断裂、长清断裂和炒米店断裂等六条,为Ⅲ级优势断裂。场区优势断裂主要有东梧断裂、干佛山断裂、长清断裂、炒米店断裂和刘志远——十八盘断裂。
通过优势断裂组合分析和历史地震资料,圈定了潜在震源,并参照地震小区化对济南市进行了综合的地震危险性分析和论证。
分析了济南市工程地质的主要控制因素,深入研究了济南市的地层结构模型和岩土体物理力学性质。根据罗国煜教授提出的优势面控制论、岩土特性成因控制论,以及地质分析与力学分析计算相结合的观点,在济南市工程地质主要控制因素和影响因素分析研究的基础上,建立了分区优势指标,提出工程地质分区模型。采用神经网络BP模型,首次对济南市区的工程地质进行了评价与分区。
提出了生态城市创建标准及目标系统,研究了生态城市地质或模型。对城市建设中岩土地基条件的优化利用进行深入分析,首次研究了优势断裂对济南城市建设的正负效应。基于城市地理空间结构环境岩土工程研究,对济南市区土地利用与工程地质环境进行分析与探讨,对济南市的生态城市建设提出一系列具体建议。
以优势面控制论的观点研究环境岩土工程问题与地质灾害,是本文主要特色之一。本文深入研究了济南市的地质灾害与环境岩土工程问题分布、特征与成因机制,完成了济南市环境岩土工程问题与地质灾害分布图。在对地基土污染腐蚀的水-土化学作用的物理力学效应实验分析的基础上,探讨了地基土污染腐蚀后物理力学性质变异规律。建立了济南市地质灾害与环境岩土工程问题风险评价优势指标层次结构分析模型,并采用层次分析法(AHP)原理,确定了各优势指标的权值和重要性排序,最后将研究区划分为8267个独立单元,计算出的各单元的风险度基准值即为风险度定量评定值,根据各单元的风险度基准值大小,将济南市区的地质灾害与环境岩土工程问题风险评价分区。根据罗国煜教授的优势面理论学术和人地调谐论观点,制定了科学可行的防治对策。
砚池山滑坡问题就是这次研究中新的重要发现,通过砚池山滑坡灾害研究,使我们在城市灾害评价和治理方面有一些新的认识和理念。以砚池山滑坡危险区为典型事例做深入剖析是极具启示性的,本文做了重点介绍和讨论。在砚池山工程地质条件深入研究的基础上,对砚池山边坡做了工程地质分区;分析了砚池山西边坡优势面及滑坡机理,根据边坡的工程地质特征和滑动特点;采用有限元法、Sarma法、推力法及瑞典条分法四种方法进行边坡稳定性分析评价。环境文明时代应有新的治理理念,本文根据罗国煜教授的学术思想,对砚池山滑坡的治理提出了新的治理理念:
1、根据人地调谐理论的观点,在治理理念上应以顺应代替硬抗,充分利用地质体的浅能,工程治理与地质治理相结合,绿色设计,美化设计,实现人与自然的协调发展。
2、依据优势面理论的治理观点,针对具体的环境岩土工程问题和地质灾害问题,进行地质机理分析,找出灾害发生发展的主要控制因素——优势面,进行针对性治理,终止不利因素,地质与治理构件有效组合。
3、治理与开发相结合,砚池山有山有水,可以通过治理将其危险区变为园林风景区,合理开发利用。既可以通过开发筹集资金,解决资金不足问题,又可以实现资源合理使用。
砚池山滑坡地质灾害按照上述治理理念的实施工程治理,可以作为生态城市建设的示范工程,具有重要的推广示范意义。
学科的相互交叉和渗透是当代科学技术发展的显著特点。生态城市建设与环境岩土工程研究是一跨学科的研究领域,本文在研究过程中,运用地理信息系统、计算机科学、环境岩土工程学、环境工程学、环境化学、水文地质学、工程地质学、土力学、岩石力学、数值分析等众多学科作交叉研究,对济南市的生态城市建设和环境岩土工程问题进行了专题研究,提出相应的预防、调控与治理措施,为济南市区工程建设和可持续发展做出了贡献。