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参加北京大学香港校友会成立三十周年的纪念活动

已有 1877 次阅读 2019-12-24 18:03 |系统分类:海外观察

参加北京大学香港校友会成立三十周年的纪念活动

岳中琦

2019年12月15日,我和我女儿参加了,北京大学香港校友会在香港九龙龙堡国际宾馆举办的成立三十周年午餐活动。

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在会场见到了不少新老朋友。参会校友都是在1949年新中国成立后入读北大的,大家欢聚一堂。

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特别地,校友会邀请我写了一篇题目为“对香港滑坡灾害防治和城市建设的点滴作用”的文章,在《北京大学香港校友会成立三十周年纪念特刊》上发表。

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1996年来香港工作以来,我时常参加北京大学香港校友会活动,曾经担任过校友会理事。我见证了,很多北大校友对国家和母校的感恩情怀和对新中国和香港所做出的大量工作和杰出贡献。我感谢北京大学香港校友会!

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2019年12月24日18:00写成于香港大学602楼办公室

附件

对香港滑坡灾害防治和城市建设的点滴作用

1996年4月从加拿大渥太华来香港发展至今,已经有24个春秋了。前4年是在英国一家工程顾问公司的香港子公司,从事香港滑坡灾害(山泥倾泻)防治工程工作。后20年是在香港大学土木工程系任教,从事地质灾害防治教学和科研。24年来亲身经历了香港回归祖国前后的快速发展,和种种变化。感触最深的是众多香港工程师对特区社会繁荣和可持续发展的巨大贡献和作用。因而,作为北大地质学系毕业生,我为能够成为众多香港特区工程师队伍中的一员倍感自豪,同时为能为香港特区的建设和发展做出自己的点滴贡献而感到无上光荣。以下,我介绍5项值得我纪念的点滴作用。

第一项点滴作用是一项香港极大型斜坡加固工程设计和施工的工作。

我早年从事香港政府滑坡灾害防治工作的最重要一项,就是观塘道东北边的一幅极大型斜坡的滑坡防治加固工程。它的东南边就是地铁观塘线九龙湾站与彩虹站之间的隧道出口与高架桥连接处。这幅极大型不稳定斜坡有280米长和70到100米高。它如以下横幅画像所示(图1)。这横幅画像是由在1996年拍照的一百多张彩色照片拼合而成,它一直挂在我香港大学的办公室。

这项斜坡治理加固工程工作从1996年6月开始,到1999年2月完成。我一直参加、负责和主管了它的岩土技术与设计工作。工作包括工程地质条件勘探、斜坡稳定性分析与计算、斜坡加固设计与图纸、工程造价核算、现场施工技术指导和设计变更的智力加固设计。在大家的共同努力下,这个不稳定斜坡被我们治理加固成了下图(图2)所示的形态。最为重要的是,这项工程由于初期勘察时间短和数量少,原来的工程设计存在大量的场地地质条件的假设。这些假设都需要在现场进行验证。如果不一致,就必须进行设计变更。因此,我从1997年到1998年,根据施工现场出现的斜坡地质条件,进行了大量变更设计。同时,做到了施工费用不超过原来设计预算和投标时的总工程造价。

第二项点滴作用是一项被2000年出版的《香港公路斜坡工程手册》所采用的工作。

1995年8月13日在通向海洋公园的深湾道和南郎山道发生了一场灾难性的山泥倾泻事件。滑坡泥土严重摧毀了深湾道海旁3间船厂及1间工厂,导致了两人丧生和五人受伤。我参与了调查、设计、加固和治理被这场滑坡破坏的大面积山坡工程,并在1997年负责对现场施工进行设计指导。在1997年的夏天,我观察到南郎山道在大雨期间发生了数次洪水,意外地发现了南郎山道上大量洪水和其来源。同时注意到,快速流动的洪水是清澈的雨水,不含黄色泥土和枝叶。这清澈流水可能证明了,这里曾经发生过多次类似的山洪,这片山坡和路面早已经被流水洗的干净了(图3)。

人造山坡道路在暴雨期间可以成为河道,大量雨水可沿山道汇流到路边不稳定斜坡,造成滑坡灾难。这个认识在当时是缺乏的。在1996年4月,帝国理工大学一位教授做了这次滑坡调查独立审查书。他仅仅认为,山道路面能作为汇水区域(Catchments)来收集降落到路面的雨水,再沿着路面导流它们,进入道路下方山坡。这样,由于道路汇水面积有限,导致了山道上流动的雨水量有限、不大。我的上述调查研究表明,山坡道路能作为截水渠道(Catchwater),来截流降落到道路上方山坡面和路面的雨水,再沿着路面导流它们,进入道路下方山坡。这样,山道上方山坡汇水面积可能极大,可导致道路上流动的雨水量会极大!

因此,我的这个发现和结论成了《公路斜坡工程手册》的一条新亮点规定。这条规定被用在了2003年5月发生的一次类似的路边滑坡事件的责任纠纷。并且,在1999至2001年,特区政府律政司邀请我担任政府的专家证人,对造成滑坡灾难的南郎山道洪水来源与作用进行了更深入的调查研究。

第三项点滴作用是一项被2008年出版的《香港斜坡土钉设计和施工指南》所采用的工作。

1995年以来,土钉快速地成了香港加固不稳定斜坡和防治滑坡灾害的主要工程方法。它如以下图4所示。施工人员用旋转冲击钻机来极其快速地在山坡土石体中钻出大量直径100毫毛、深度5到40米的细长孔,再插入钢筋和灌入水泥浆,形成土钉。

根据从1990年到2004年的统计数据,香港滑坡防治工程至少用土钉加固了1511幅斜坡。并且,土钉加固施工费用,是香港每年用于斜坡加固近10亿港币总费用的一重要部分。1984年出版的《斜坡岩土工程手冊》法定了,斜坡安全度设计与计算可以合法地使用简化J法和M-P法。根据1996年到2002年的香港100份斜坡稳定性设计报告统计,简化J法使用的频率占41%,M-P法使用的频率占23%。

1996年到1999年,我在设计单位做了不少土钉加固斜坡设计工作。我发现了,这两种极限平衡计算方法得到的土钉设计结果相差较大。后来,更深入、系统地进行了对比设计和计算。结果表明,在削土斜坡经土钉加固后的计算安全度相等的条件下,简化J法要比M-P法的设计土钉造价高10%到90%。因此,我建议,土钉设计计算采用同时满足力和力矩平衡的M-P方法,不能采用仅仅满足力平衡而不满足力矩平衡的简化J法。这可既达到安全要求又不浪费财富。在2004年3月,我将这具有现实意义的成果发表在香港工程师学会的学报上。

这篇论文立即引起了香港工程师们的兴趣和关注。他们很快地减少了采用简化J法。特区政府土力工程处也立即进行研究,并于2006年7月完成了土钉设计极限平衡法的审核报告,也建议土钉设计计算应该采用同时满足力和力矩平衡的Morgenstern-Price方法。这个发现和结论被写在了土力工程处2008年出版的《斜坡土钉设计和施工指南》,规定了香港土钉设计仅能采用同时满足力和力矩平衡的斜坡稳定性分析方法。从2005年到2013年,香港滑坡防治工程至少用土钉又加固了2202幅斜坡。没有想到,这项成果又改善了香港滑坡防治工程的设计和经费合理使用。

以上第二和第三项点滴作用在完成正常工作任务之余(没有用任何政府科研经费)的科研成果。它们可能改善了香港滑坡防治规范与实践,降低了潜在滑坡风险,更有效地使用有限社会财富资源。同时,它们能够很快被新编香港滑坡防治工程规范所采用,这也反映了香港工程师的事实求是态度、精益求精努力和专业科学精神。

第四项点滴作用是一项获得美国和中国发明专利的随钻监测技术工作。

大家知道,在地质科学与工程中,用钻具在岩土地质体中旋转(和冲击)钻出一个小孔是一项最常见的、最具历史性的、最重要的任务。据说,华夏人民在5000年前就发明和使用了钻孔(井)技术。同时,人们早已认识到向地内钻孔过程是同地质岩土体力学性质密切相关的。钻孔本身是一种对岩土力学性质的破坏性测试。但是,直到今天,钻孔本身还不是一种纳入任何国家的原位测试岩土体力学强度(质量)的规范方法。英国、法国、意大利、加拿大、美国和日本在1990年代钻孔钻进深度与时间自动测量的研究成果。这些相关研究成果都存在一个严重共同缺陷:从测量数据得到沿深度分布的钻进速度相当混乱无规。

在斜坡土钉加固现场,我看到了施工人员用旋转冲击钻机来极其快速地在山坡土石体中钻出大量直径100毫毛、深度5到40米的细长孔,以放置土钉。我意识到这种钻孔过程能再被利用,成为勘测土石体力学强度沿孔深分布的新的测量技术手段。自1998年以来,我提出并积极从事了,对土钉成孔钻机和探土取芯钻机的全部钻孔过程进行实时自动数字监测的研究课题。我成功地研制出了钻孔过程数字监测仪(DPM)。它可自动地、客观地、连续不断地记录和监测钻孔或钻探的全部动力和运动过程。它在2013年获得美国发明专利,2005年获得了中国和香港的发明专利(图5)。

在对DPM测量得到的大量原始时空数据进行了深入分析的基础上,我提出、提炼了钻孔过程时空数据的快速直观时间序列分析方法。从而,我发现了一条新的科学规律:钻头进深随时间曲线呈分段线性变化,每段钻进速度是常数,每一常数钻速段代表一个均匀抗钻岩石(岩块),常数钻速之间的突变点或低钻速段分别为钻孔穿过岩块间断面的截点或截段。这项工作更加得到了帝国理工大学JB Burland教授和JA Hudson 教授和中国科学院陈祖煜院士等的高度评价。香港特区政府土力工程处在2003和2004年对这项发明和发现进行了独立评审,并在2008年出版的《香港斜坡土钉设计和施工指南》中进行了推荐。这第四项点滴工作可以将钻孔检测成为全世界岩土工程界的第一种适用于各种软硬岩土体的现场力学强度和分布测量方法。

第五项点滴作用是一项更加环保与低造价的香港明日大屿填海建城市的方法。

香港特首林鄭月娥女士在2018年的《施政报告》中提出了明日大屿愿景,要在涵盖大屿山岛到香港岛之间的海水区域建造1700公顷的人工岛,工程造价可能达到6000亿港币。根据过去30多年的岩土工程学习、研究和实践,我提出了一套全新的围海建造城市的方案。我认为,应该放弃传统的直接在海水中用砂来填海建造陆地的方法,改变为在海上直接建造城市的新方法。首先,在海水中建造环形围堤和防水城墙;再将城墙内部海水泵抽、排出和排空到城墙外的广大海水中,将城墙内部的海泥海床直接露出地表;其后再将厚厚海泥中的孔隙水抽出、排出,加固海泥成坚硬土体地面。进而,在处理加固了的海泥海床上直接建造城市建筑屋、道路、管网等设施。

这个新方法不但可缩短施工時間和減少破坏环境,更可不需要购买砂石来填海,同时,环形海堤城墙还可以建造成地面公路和地下隧道铁路轨道交通。海墙中的城市更可成为旅遊新景点,带动经济发展和创造就业机会。它可省掉购买填海砂石費用,还可以利用香港工程制造的开挖工程产生的土石弃碴,来根据需要逐步地填高城内海床地面。海墙围堤公路可连接接桥梁,成为主要的对外交通道路,分別连接西环、梅窩、迪士尼等地。城市內部除了建造河道,还需要建造水库来储存雨水和泵水系统,以将过多的水库雨水泵出到城墙外海水中去。

通过建造海墙,在海床上直接建造城市是一個全新方法。目前全世界还没有其它地方用这个方法。因此,如果香港使用这个方法,建成后的海中城市将成为全球旅遊的新景点,可促进经济發展,创造就业机会。香港商报在2018年10月23日详细报道了这个新方法。它的报道题目是“缩短施工时间 减少环境破坏 岳中琦倡用海床建城填海”(图6)。



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1 胡宝群

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