用开放的复杂巨系统理论探讨《滑坡灾害学》的构建

中国西部科技　２００７・１２　

吴红刚　（铁道科学研究院，北京１　０００８１）　

摘要：　《滑坡灾害学）是为了研究和揭示滑坡灾害的发生、发展和演化规律，使之有效地防灾和减灾而产生的一个新兴边缘学科。　它是一个涉及领域广阔、研究对象众多的复杂系统。本文介绍了开放的复杂巨系统理论及其方法论，文章在分析滑坡灾害系统特征的　基础上，指出滑坡灾害系统是一个开放的复杂巨系统，并提出以开放的复杂巨系统理论指导《滑坡灾害学）的构建。　关键词：滑坡灾害学；滑坡灾害系统；开放的复杂巨系统　

滑坡是指斜坡上的土体或岩体在一定条件下变形、破　裂、向坡下运动的自然物理地质现象“　。滑坡的发生发展与　地质条件密切相关，它会造成交通中断、河道堵塞等，　当　它威胁到人类的生存环境甚至造成人员伤亡或经济损失　时，就发展为一种地质灾害。滑坡灾害涉及交通运输、水　利水电、冶金矿山、城市建设、社会经济等多个部门，它　不仅是工程地质学家、岩土力学家、土木工程师、地理学　家和地震学家们研究的重要内容，而且也引起了数学家、　气象学家、环境工程师们的高度重视。过去几十年的滑坡　研究使各部门、各行业积累了丰富的实践经验，为形成滑　坡灾害学理论提供了大量基础资料。然而，对于滑坡灾害　这样的复杂系统，要构建一套完整的理论就需要有理论支　持和方法论指导。　我国著名科学家钱学森院士所倡导的开　放的复杂巨系统理论及其方法论，可以作为构建《滑坡灾　害学》这类复杂问题的有力武器。　ｌ　开放的复杂巨系统理论及应用现状　钱学森院士对于开放的复杂巨系统是这样定义的：如　果子系统种类很多并有层次结构，它们之问关联关系又很　复杂，这就是复杂巨系统；如果这个系统又是开放的，就　称作开放的复杂巨系统。他提出从定性到定量的综合集成　法是处理这类系统的唯一正确的方法论。这种定性定量相　结合的综合集成方法，实质是将专家群体、数据、信息与　计算机技术有机结合起来，把各种学科的科学理论和人的　经验知识结合起来解决复杂问题　。　人们认识问题要从具体事例入手，要从解决一个个开　放的复杂巨系统问题开始，建立开放的复杂巨系统的理　论。这一理论开辟了一个新的科学领域，复杂性科学研究　很快引起了国内科学界的高度重视。周干峙院士从建筑科　学发展的角度提出城市及其区域是一个典型的开放的复杂　巨系统“　。戴汝为提出信息时代下的数字城市是一类开放的　复杂巨系统　。张文红和陈森发从系统学的角度出发，指出　生态工业系统是开放的复杂巨系统，然后从开放性的角度　出发，利用综合集成研讨厅体系的思想，提出了一个新的　设计生态工业系统的方法　。张惟皎等从复杂性研究的角度　对铁路行车安全综合监控系统进行探讨，提出该系统是一　个开放的复杂巨系统，并引入综合集成方法，探讨如何解　决系统研究和建设中出现的问题　。章红宝和江光华概述了　开放的复杂巨系统理论及其方法论，并将这一理论用于研　究现代企业管理创新的问题　。　如上所述，目前国内在开放的复杂巨系统理论研究方　面做了较多工作，研究领域涉及到了建筑、网络、生态工　业、铁路及企业管理等。但这一理论在学科建设领域的研　究和应用相对较少，本文主要围绕滑坡灾害系统的特征进　行研究，运用开放的开放的复杂巨系统在《滑坡灾害学》　的构建方面做一些探索工作。　２　滑坡灾害系统是一个开放的复杂巨系统　复杂性是各种不同类型地质体的根本属性。　。滑坡灾害　系统是一个影响因素众多、规模巨大、层次多、结构复杂　的系统。从系统科学的角度分析，滑坡灾害系统具有开放　的复杂巨系统的特征。　２．１系统本身与系统外围有物质、信息和能量的交换　滑坡灾害系统与其他系统的可以相互转化，它们以物　质流、信息流和能量流的方式进行关联。　从自然环境系统的角度来看，地震、降雨等会导致崩　塌、错落、坍塌转变为滑坡，同时滑坡也会转化为崩塌、　碎屑和泥石流等。例如在错落发生后地表开裂、松弛，地　下水容易下渗于错落带，由于错落带一般岩性软弱、破　碎，强度很低，此时错落带受水软化，强度进一步降低就　会转化为滑动带而产生滑坡；在泥石流发育地区，沟道中　的固体物质来源为崩塌、滑坡和坍塌物，而其中主要为滑　坡堆积物补给，许多滑坡侵占了沟道，在洪水季节松散的　滑坡头部被冲刷为泥石流提供了物质来源；当滑坡堵沟成　坝，阻断沟中流水成湖，当湖水上升到一定高度时，滑坡　坝体就会溃决造成巨大的洪水和泥石流。　收稿日期：２００７—１　１—２９修回日期：２００７—１２—１４　作者简介：吴红刚（１　９８２一），男，陕西宝鸡人，硕士研究生，主要从事滑坡与高边坡病害防治研究。　

０８　维普资讯 http://www.cqvip.com 从社会经济系统的角度来看，滑坡灾害的发生会给人　们的造成巨大的经济损失和人员伤亡，同时经济和社会的　快速发展也加大了滑坡灾害发生的可能性。１９６３年的意大　利东北部的瓦依昂水库滑坡冲毁了５个村镇，有２０００￣　３０００人因而丧身；据中国科学院成都山地灾害与环境研究　所资料统计，我国滑坡总数约有１５０万个，滑坡每年造成的　经济损失约为２０￣３０亿元。　２．２系统所包含的子系统很多，各个子系统之间又有纷繁　复杂的关系　滑坡灾害学以滑坡灾害系统为研究对象，通过研究和　揭示滑坡灾害发生、发展和演化规律，为防灾、减灾提供　技术支持。《滑坡灾害学》的主要研究内容包括：滑坡的　基本概念、滑坡的分类、滑坡的分布规律、滑坡的成因、　滑坡的发生发展机理、滑坡的调查勘查、滑坡的稳定性评　价、滑坡的预测预报、滑坡灾害的社会影响、滑坡灾害的　经济评估、滑坡的防治技术（见图１）。每项研究内容作为　滑坡灾害学理论的一个分支，都构成了相对独立的子系　统，同时各个子系统之间又相互关联，必须从综合考虑，　例如滑坡的分类有利于滑坡机理的透彻分析，滑坡成因为　滑坡机理提供地质依据，成因、机理分析为滑坡的预测预　报和稳定性评价提供理论支持。　

图１Ⅸ滑坡灾害学》支撑体系　２．３宏观观测到的整体系统到子系统有很多层次　滑坡灾害从宏观上大致可以分为自然环境和社会经济　两个子系统，每个子系统中包含有多个下一级子系统，　这　些子系统又含有多个不同的分支和功能。每项研究内容又　包含有下一级分项研究内容，例如对于滑坡分布规律的研　究可以分解为众多的子项目进行研究（见图２）。　综合以上所述各点特征，我们可以看出滑坡灾害系统　具有开放性、巨量性、复杂性和层次性，因而可以认为滑　坡灾害系统是一个开放的复杂巨系统。　３　用综合集成法探讨《滑坡灾害学》的构建　滑坡是一种十分复杂的地质现象，滑坡灾害涉及国民　经济和人民生活的各个领域。　《滑坡灾害学》构建的目的　就在于通过研究和揭示滑坡的发生、发展和演化规律，对　滑坡灾害所造成的经济和社会影响进行科学研究，为防　灾、减灾提供决策支持。构建《滑坡灾害学》是一项依赖　ｒ－］　

于多学科、多技术、多理论的综合研究，因而需要采用定　性与定量结合的综合集成法。　

图２滑坡分布规律的分项研究　３．１构建（《滑坡灾害学》的指导思想　对于构建《滑坡灾害学》这样一个开放的复杂巨系　统，一个可行的处理办法是运用从定性到定量的综合集成　法。这就要求我们必须采取由上至下和由下至上的研究路　线，　从整体到部分，再由部分到整体，把宏观和微观统一　起来，最终从整体上研究和解决问题。　３．２（《滑坡灾害学》构建的分阶段工作安排　对于滑坡灾害系统而言，工程地质的宏观定性研究与　微观定量研究是最重要的基础性研究，任何的分析和力学　简化计算都必须和工程地质确定的破坏模式和参数相符　合。要认识滑坡灾害系统的本质和规律，必须首先深入现　场，实地调查，用地面调查测绘、物探、钻探、挖探、地　下水观测和监测相结合的综合勘探技术查清滑坡的外貌特　征、内部结构、边界条件、作用因素及其变化范围，通过　坡体和地物变形的迹象，特别是滑动面的层数、位置和形　状，确定滑坡的性质、规模、成因和稳定性给。　滑坡机理的分析是滑坡灾害预测预报和有效防治的理　论基础，由于滑坡的作用因素众多，所以必须应用多学科　的知识，包括地质、水文、地震、物理、化学、生物、数　学、力学、经济学、社会学等分析各因素的影响强度及其　相互关系，从而找到主要作用因素。在探讨滑坡机理时，　力学分析必须以地质为基础。由于滑坡的发生发展是一个　不断变化的过程，因此研究滑坡机理应该将其作为一个过　程来研究，用动态的、发展的和变化的观点来研究。　通过现场监测、测试和室内试验和分析各种作用因素　变化规律与滑坡发生发展过程的相关性分析，进行适合破　坏模式的力学计算，评价滑坡的稳定性和发展趋势。　对　于滑坡灾害的社会和经济影响评估主要着眼于两个方面展　开研究：一方面研究滑坡灾害所造成的直接和间接的经济　和社会影响，另一方面研究人类的经济和社会活动（重点　是各种工程活动）对于滑坡灾害的发生发展的直接和间接　的影响。　４　结语　滑坡灾害系统是一个涉及领域广阔、研究对象众多的　复杂系统，从系统科学的角度来看它是一个开放的复杂巨　系统。钱学森院士的开放的复杂巨系统理论及其方法论为　我们认识和解决滑坡灾害系统这种复杂问题提供了指导思　想和操作思路，进而为我们构建《滑坡灾害学》提供了方　（下转第１　４页）

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管”。由于混凝土质量造成的导管堵塞，可以少量（根据　堵管前测量及计算的导管埋深结果在保证导管最小安全埋　深确定）提升导管而后快速下落的方法或加大一次性灌注　混凝土数量而后快速提升再迅速下放，以冲击疏通导管的　方法进行处理。　由于混凝土冲击力不足造成的，应及时加长上部导管　的长度，而后，以一次性较大量混凝土冲击灌注达到疏通　导管的目的。　采取“二次砍球法”进行处理。具体操作方法：将导　管插入己灌注混凝土中０　５～０．８ｍ，而后按照水下封底的操　作方法实施二次封底。以上几种方法处理不能奏效应立即　停止，认为己断桩。　（３）断桩由于灌注中提升导管失误、混凝土供应中断　（下雨、停电、机械故障等）或导管漏水等原因导致导管　中已灌注的混凝土与导管的混凝上隔断，无法继续灌注的　现象通称为断桩。在灌注过程中认定发生断桩事故后，应　立即停止继续灌注，提拔导管和钢筋笼，尽量将损失降低　到最小。并采取以下办法处理：　①断桩截面位置处于设计桩全长的三分之一以下时，　。一般采取冲击钻清除已灌注部分，再实施原位恢复。　②断桩截面位置处于设计桩全长的三分之二以上且距　离孔口深度不大于ｌＯｍ时，先进行钻孔壁加固，而后进行钻　孔桩的接长比较经济。　（４）灌注成桩后发现的质量缺陷的处理：　①桩全长小于设计要求这种缺陷可分为两类：处理桩　头后，混凝土项面高程小于设计要求、钻孔底部沉积的虚　碴在清孔时未清理干净导致桩全长小于设计、嵌入基岩深　度小于设计。针对具体情况分别采取相应措施处理。　桩顶高程小于设计要求的原因是混凝土灌注终孔时控　制失误。基坑开挖后进行钻孔桩的接长。接长施工前，先　清理干净混凝士以上的浮碴和松散混凝土等，将顶面人工　凿修平整。尔后，在护筒防护下开挖接长部分的桩孔。接　长部分桩孔直径应大于设计钻孔桩直径４０ｃｍ，深度从平整　后混凝土面向下不小于接长部分桩孔直径的一倍。开挖　后，将原灌注的混凝土表面清理干净，灌注混凝土至设计　蒌莲　摹墨璺　蔓　！　蔓！曼蔓　ｔ　（上接第０９页）法论指导。　参考文献：　［１］王恭先，徐峻龄，刘光代等．滑坡学与滑坡防治技术［Ｍ］．北　京：中国铁道出版社，２００４　［２］钱学森，于景元，戴汝为．　个科学新领域——开放的复杂巨　系统及其方法论［Ｊ］．自然杂志，１９９０，１３（１）：３一ｌＯ　［３］钱学森．再谈开放的复杂巨系统［Ｊ］．模式识别与人工智能，　１９９１，４（１）：ｌ一４　［４］周干峙．城市及其区域一一个典型的开放的复杂巨系统　［Ｊ］．城市发展研究，２００２，（１）：ｌ一４　［５］戴汝为．数字城市一一类开放的复杂巨系统［Ｊ］．中国工程科