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改善了香港滑坡防治规范与实践的两项科研成果 精选

已有 5823 次阅读 2016-1-23 16:38 |系统分类:教学心得

改善了香港滑坡防治规范与实践的两项科研成果

岳中琦

1977年以来,在政府土力工程处领导下,香港在滑坡(俗称山泥倾泻)灾害防治上做了大量的工作,建立了综合全面性的斜坡安全管理体系,使得香港斜坡安全达到世界上最高级的标准。在2000年“世纪国际岩土工程大会”上,当今国际岩土工程权威和滑坡分析集大成者,N.R.Morgenstern教授在报告中明确指出,土力工程处已经是国际公认的滑坡灾害防治卓越中心。台北市和北温哥华市的市长都曾来考察香港滑坡防治经验。

斜坡安全管理体系最重要内容之一是建立、建全完善的滑坡防治规范。土力工程处总共研究、整理和出版了九本岩土工程红皮规范书(两份手册和七份指南)。两份手册是《斜坡岩土工程手冊》和《公路斜坡工程手册》。它们分别在1984年和2000年出版。七份指南是《挡土墙设计指南》、《场地勘察指南》、《岩石和土体评价指南》、《岩洞工程指南》、《加筋填土结构和斜坡设计指南》、《斜坡维修指南》和《斜坡土钉设计和施工指南》。它们分别在1982年、1987年、1988年、1992年、2002年、2003年和2008年出版。

1996年4月到1999年11月,我在香港一家工程设计单位任岩土工程师,参加了香港滑坡灾害防治实际工作。在这段时间,我极其有幸地在完成正常工作任务之余,做出了两项后来被土力工程处两份规范采用的科研成果。

第一项成果被2000年出版的《公路斜坡工程手册》采用。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。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(图1)。


山道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。1996年4月,帝国理工大学John Knill教授的这次滑坡调查独立审查书仅仅认为,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。我的上述调查研究表明,山道能作为水渠道(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。

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。这条规范被用在了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,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。


第二项成果是土钉加固不稳定斜坡的设计计算方法。1995年以来,土钉快速地成了香港加固不稳定斜坡的主要措施(图3)。根据从1995年到2010年的统计数据,土钉加固了6000幅削土斜坡。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Janbu法和Morgenstern-Price法。根据1986年到2002年的香港100份斜坡稳定性设计报告统计,简化Janbu法使用的频率占41%,Morgenstern-Price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(图3)。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Janbu法要比Morgenstern-Price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Morgenstern-Price方法,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Janbu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》:“The calculated factors of safety given by methods that consider force equilibrium or moment equilibrium only may not give correct results. Therefore, only methods that satisfy both force and moment equilibrium should be used for the analysis (Shiu, et al. 2007)”。没有想到,这项成果又改善了香港的斜坡安全度设计与计算。


这两项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,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。

参考文献:

1)香港特区政府律政司高级政府律师2001年1月16日写给岳中琦的感谢信(英文)

2)香港特区政府土力工程处高级工程师2001年3月2日写给岳中琦的感谢信(英文)

3)SP Wan, ZQ Yue, 2004. Significant cost implications in using Janbu’s simplified or Morgenstern-Price slice methods for soil nail design of cut slopes, Transactions of Hong Kong Institution of Engineers, 11(1): 54-63.

4)M Pang,2005. Discussion on significant cost implications in using Janbu’s simplified or Morgenstern-Price slice methods for soil nail design of cut slopes, Transactions of Hong KongInstitution of Engineers, 12(1): 49.

5)SP Wan, ZQ Yue, 2005. Significant cost implications in using Janbu’s simplified or Morgenstern-Price slice methods for soil nail design of cut slopes, replies to discussions, Transactions of Hong Kong Institution of Engineers, 12(1): 50-51.

6)YK Shiu, GWK Chang & WM Cheung, 2006. Review of Limit Equilibrium Methods for Soil Nail Design, Special Project Report No.SPR3/2006, Standards and Testing Division, Geotechnical Engineering Office,HKSAR Government. P.106.

7)KY Choi, RWM Cheung, 2013.Landslide disaster prevention and mitigation through works in Hong Kong,Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 5(5): 354–365

8) ZQ Yue, 2013. Social benefits of landslide prevention and mitigation in Hong Kong, China. in Progress of Geo-Disaster Mitigation Technology in Asia, Environmental Science and Engineering, DOI: 10.1007/978-3-642-29107-4_3, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013, 55-75.

9) Sir John Knill, Berkshire, the United Kingdom, 1996. Report on The Shum Wan Road Landslide of 13 August 1995. Volume 1,Independent Review of the Investigation by the Geotechnical Engineering Office. April,1996,Geotechnical Engineering Office, Hong Kong Government.p.12.


2016年1月23日16:30写成于港大黄克兢楼办公室




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