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巖土工程對土壤液化災(zāi)害的評估與防治策略研究

文檔作者：黃亞芬文檔來源：浙江振碩巖土工程有限公司		更新日期： 2026年05月03日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：淺談碳中和背景下污水處理廠可能的發(fā)展方向

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247
　綜述
引言
土壤液化是一種常見的巖土災(zāi)害，可能導(dǎo)致建筑物
的坍塌和沉降，不僅會(huì)對人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威
脅，還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在此背景下，巖土工程
師必須做好災(zāi)害評估與防治工作，必須從不同角度出
發(fā)，探討一系列的防治策略，深刻認(rèn)識(shí)到土壤液化災(zāi)害
評估的重要性以及災(zāi)害防治的必要性，進(jìn)行新策略、新
技術(shù)、新方法的有效融合，充分落實(shí)防災(zāi)減災(zāi)計(jì)劃，建
造更加安全的城市環(huán)境，以滿足人們不斷變化的需求。
一、土壤液化的概述
土壤液化是一種復(fù)雜的巖土現(xiàn)象，可能對受影響地
區(qū)的地面、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和人員的安全產(chǎn)生重大且往往
是災(zāi)難性的影響。土體液化的基本特征是固體土轉(zhuǎn)變?yōu)?
液態(tài)，從而極大地降低其承載能力和抗剪強(qiáng)度。原因包
括：一是飽和度。土壤液化通常發(fā)生在水飽和或部分飽
和的土壤中。土壤顆粒內(nèi)存在過量的水是一個(gè)關(guān)鍵因
素。二是沉積物特性。土壤類型及其粒度分布會(huì)影響液
化敏感性。松散的沙質(zhì)土壤比致密的黏土更容易受到影
響。三是應(yīng)力或地震荷載。土壤液化通常是由地震、快
速荷載（建筑活動(dòng)）或動(dòng)態(tài)荷載（機(jī)械振動(dòng)）等外力引
發(fā)的。四是地下水位深度。地下水位相對于土層的深度
也會(huì)影響液化敏感性。淺水位更有可能導(dǎo)致土壤液化。
二、土壤液化的后果
1.結(jié)構(gòu)性損壞
土壤液化所造成的結(jié)構(gòu)性損壞：（1）建筑物和房
屋。土壤液化最直接、最明顯的后果是對建筑物和房屋
造成結(jié)構(gòu)性損壞。這些結(jié)構(gòu)遇到地震或其他觸發(fā)事件期
間液化時(shí)，地基可能會(huì)移動(dòng)、不均勻沉降甚至完全失
效，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞，包括墻壁、地板和天
花板裂縫，影響建筑物的安全性能。（2）道路和橋梁。
土壤液化引起的損壞不僅限于建筑物、橋梁和立交橋等
關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。橋梁支撐下方的地面可能會(huì)失去承重能
力，導(dǎo)致這些結(jié)構(gòu)移動(dòng)、傾斜或倒塌。這可能會(huì)擾亂交
通網(wǎng)絡(luò)和影響人員、貨物的流動(dòng)。（3）管道。土壤液化
會(huì)損壞地下管道，包括水管、污水管道、燃?xì)夤艿?、?
氣輸油管道和電纜等，對管道工程的施工和安全運(yùn)營構(gòu)
成嚴(yán)重威脅。（4）水壩和堤壩。土壤液化會(huì)損害水壩和
堤壩的穩(wěn)定性，若導(dǎo)致其潰壩，危及下游社區(qū)和農(nóng)田的
安全甚至可能會(huì)造成災(zāi)難性后果。（5）港口。沿海地區(qū)
特別容易受土壤液化造成的損害。港口和海港可能會(huì)出
現(xiàn)碼頭墻下沉或傾斜的情況，導(dǎo)致無法運(yùn)營，這擾亂了
海上貿(mào)易，影響了供應(yīng)鏈和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。（6）擋土
墻。支撐斜坡和路堤的擋土墻可能會(huì)被土壤液化引起的
地面運(yùn)動(dòng)破壞，可能導(dǎo)致山體滑坡。
2.安全風(fēng)險(xiǎn)
（1）人類安全。土壤液化的最大問題是對人類安
全構(gòu)成直接威脅。當(dāng)?shù)孛孀兊貌环€(wěn)定并且表現(xiàn)得像液體
時(shí)，人和車輛可能會(huì)沉入液化土壤中，這可能會(huì)導(dǎo)致液
化事件期間人員受傷、被困甚至死亡。（2）疏散。為了
降低安全風(fēng)險(xiǎn)，需要及時(shí)疏散受影響地區(qū)人員。疏散可
能會(huì)造成混亂和交通壓力，特別是在人口稠密城區(qū)，確
保居民及時(shí)疏散可以有效避免人員傷亡。（3）應(yīng)急響應(yīng)
帶來的挑戰(zhàn)。由于基礎(chǔ)設(shè)施受損和道路無法通行，醫(yī)護(hù)
人員難以及時(shí)到達(dá)受影響地區(qū)。此外，土壤液化的不可
預(yù)測性也可能使搜救工作變得異常危險(xiǎn)。
3.經(jīng)濟(jì)影響
（1）土壤液化對經(jīng)濟(jì)影響較大。修復(fù)或更換受損的
建筑物、道路、橋梁和公用設(shè)施會(huì)耗費(fèi)較多資金。保險(xiǎn)
索賠可能會(huì)增加，影響個(gè)人和保險(xiǎn)公司運(yùn)營。（2）基
礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)和重建。公共基礎(chǔ)設(shè)施，包括道路、橋梁和
公用設(shè)施，通常需要大規(guī)模修復(fù)或重建。這些項(xiàng)目成本
高昂，可能會(huì)導(dǎo)致公共預(yù)算緊張。（3）業(yè)務(wù)中斷。土壤
液化會(huì)影響業(yè)務(wù)運(yùn)營，導(dǎo)致企業(yè)遭受經(jīng)濟(jì)損失。企業(yè)可
能會(huì)面臨被迫停業(yè)，從而影響其員工收入和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)
展。房產(chǎn)價(jià)值下降。容易發(fā)生液化的地區(qū)的房產(chǎn)價(jià)值可
能會(huì)下降，這使得房主出售房屋或?yàn)榉课菰偃谫Y變得困
巖土工程對土壤液化災(zāi)害的評估與防治策略研究
黃亞芬　　浙江振碩巖土工程有限公司
【摘　要】在巖土工程中對土壤液化災(zāi)害的原因、后果、評估方法與防治策略展開相關(guān)研究，從而在之后的巖土工
程施工中更好地開展災(zāi)害防治，為城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快奠定良好的基礎(chǔ)，并且對進(jìn)一步提升社會(huì)
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】巖土工程；土壤液化；災(zāi)害評估；防治策略
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2024.11.083
248
　綜述
難，會(huì)對受影響的社區(qū)產(chǎn)生長期影響。（4）農(nóng)業(yè)損失。
在農(nóng)業(yè)種植區(qū)，液化引起的洪水和土壤不穩(wěn)定會(huì)損害農(nóng)
作物和農(nóng)田，可能會(huì)造成生產(chǎn)力下降和糧食價(jià)格上漲。
4.環(huán)境影響
土壤液化可能導(dǎo)致工業(yè)設(shè)施損壞或廢物控制區(qū)域中
儲(chǔ)存的有害物質(zhì)泄漏，如大型化工企業(yè)設(shè)備損壞造成化
工物料的跑、冒、溢、漏。這可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染并需
要昂貴的治理成本。
三、巖土工程中土壤液化災(zāi)害的評估方法
1.標(biāo)準(zhǔn)滲透測試（SPT）
標(biāo)準(zhǔn)滲透測試（SPT）是評估與液化相關(guān)的土壤特
性最廣泛使用的方法之一。它涉及將分勺采樣器打入
地下，并記錄將其推進(jìn)指定深度所需的打擊次數(shù)。SPT
與液化評估包括：（1）N值。將采樣器前進(jìn)最后12in
（30cm）所需的打擊次數(shù)記錄為N值。它提供了土壤
的相對密度和稠度的指示。經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性：N值通常用于
估計(jì)土壤的液化潛力。經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性（例如，由Seed和
Idriss提出的經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性）將N值與液化阻力和循環(huán)應(yīng)力
比（CSR）聯(lián)系起來。（2）深度剖析。SPT可以對土壤
特性進(jìn)行深度剖析，評估不同深度液化敏感性的變化。
（3）錐入度試驗(yàn)（CPT）。錐入度測試（CPT）是另一
種廣泛采用的評估土壤性質(zhì)和液化潛力的方法。它涉
及以恒定速率將錐形貫入計(jì)推入地下，同時(shí)連續(xù)測量遇
到的阻力。CPT的關(guān)鍵方面包括：其一，圓錐阻力。表
示圓錐上的軸向力，用于確定土壤阻力和剪切強(qiáng)度。其
二，摩擦阻力。沿著CPT探頭的圓柱形套筒發(fā)生摩擦阻
力，表示橫向土壤阻力。其三，孔隙水壓力。CPT實(shí)時(shí)
測量孔隙水壓力，以便立即評估滲透過程中的孔隙壓力
累積情況。其四，剪切波速度：在某些情況下，CPT數(shù)
據(jù)可用于估計(jì)土壤的剪切波速度，這對評估液化潛力很
有價(jià)值。（4）剪切波速度測試。剪切波速度測試是一種
地球物理方法，涉及測量剪切波穿過土壤的速度。該測
試通常使用地震技術(shù)，如面波多通道分析（MASW）或
面波頻譜分析（SASW）。剪切波速測試包括：其一，
剪切波速度。這是評估土壤剛度以及液化潛力的基本參
數(shù)。數(shù)值越高，通常表明抗液化能力越大。其二，深度
剖面。剪切波速測試提供剪切波速度的深度剖面，使工
程師能夠評估土壤剛度如何隨深度變化。其三，特定場
地分析。剪切波速度數(shù)據(jù)可用于特定場地液化評估，包
括估計(jì)不同地震場景的循環(huán)應(yīng)力比（CSR）。
2.液化潛力評估
液化潛力評估包括：（1）液化潛力指數(shù)（LPI），
是一種廣泛使用的評估土壤液化敏感性的工具。它結(jié)
合了各種土壤和地震相關(guān)因素來估計(jì)液化發(fā)生的可能
性。LPI計(jì)算通常涉及以下因素：其一，循環(huán)應(yīng)力比
（CSR）。CSR源自地震特征和土壤特性，表示地震加
載過程中土壤所承受的應(yīng)力。其二，有效覆蓋應(yīng)力。這
是總覆蓋應(yīng)力與孔隙水壓力之間的差值，考慮了土壤上
的圍壓。其三，相對密度或SPTN值。土壤密度的測量，
如相對密度或SPTN值，用于考慮土壤壓實(shí)和顆粒排列。
其四，淤泥和黏土含量。土壤中細(xì)粉（淤泥和黏土）的
存在會(huì)影響液化敏感性。LPI計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值，工程
師可以使用該數(shù)值來評估土壤的液化脆弱性。LPI值越
高，通常表明發(fā)生液化的可能性越大。（2）循環(huán)應(yīng)力
比（CSR）。循環(huán)應(yīng)力比（CSR）是循環(huán)載荷（地震振
動(dòng)）期間施加在土壤上的應(yīng)力的直接測量值。液化評估
中與CSR相關(guān)的關(guān)鍵考慮因素包括：其一，閾值。工程
師將針對特定地震場景計(jì)算的CSR與土壤的循環(huán)阻力進(jìn)
行比較，以評估液化的可能性。如果CSR超過該閾值，
則更有可能發(fā)生液化。其二，經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性。各種經(jīng)驗(yàn)相
關(guān)性可用于根據(jù)震級(jí)、距震中的距離和土壤特性等地震
特征估計(jì)CSR。這些相關(guān)性有助于評估液化潛力。
四、巖土工程中土壤液化災(zāi)害的防范策略
土壤液化給基礎(chǔ)設(shè)施和公共安全帶來了重大風(fēng)險(xiǎn)，
為了應(yīng)對這些風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施以下的災(zāi)害防范策略，至關(guān)重
要且勢在必行。
1.土壤改良技術(shù)
（1）壓實(shí)。適當(dāng)壓實(shí)松散的顆粒土壤可以增加其密
度并降低液化的可能性。該技術(shù)涉及機(jī)械壓實(shí)土層以消
除空隙并提高承載能力或使用振動(dòng)探頭振動(dòng)壓實(shí)松散的
土壤。（2）石柱。石柱是通過將石骨料放入地下鉆孔中
建造的。這些石柱加固了土壤并提高了其承載能力，降
低了土壤液化的風(fēng)險(xiǎn)。（3）化學(xué)灌漿。通過向土壤中注
入硅酸鹽水泥、聚氨酯灌漿或其他化學(xué)材料與土壤機(jī)械
混合，提高土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗液化能力。（4）土
體加固新技術(shù)。國內(nèi)有學(xué)者研究了一種微生物誘導(dǎo)碳酸
鈣沉淀(簡稱MICP技術(shù))，其是一種環(huán)境友好型、綠色可
持續(xù)的土體加固新技術(shù)，可用于加固地基、處理液化土
體，拌入定量氧化鎂，在鎂式碳酸鹽、氫氧化鎂和碳酸
鈣結(jié)晶的共同作用下，土顆?？紫侗挥行畛?、膠結(jié)，
提升了土體的抗壓強(qiáng)度，有效改善了浸水穩(wěn)定性。
2.結(jié)構(gòu)工程解決方案
（1）加固樁基。土壤液化會(huì)使樁基出現(xiàn)較大的側(cè)向
變形甚至破壞，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)失效，采用工業(yè)廢料礦渣
（下轉(zhuǎn)第108頁）
108
技術(shù)應(yīng)用與研究
表4　鉆井液抑制性能評價(jià)
體系 回收率（%） 16h膨脹率（%）
清水 27.52 26.44
聚合物體系 94.67 6.42
三、現(xiàn)場應(yīng)用情況及效果評價(jià)
1.現(xiàn)場應(yīng)用
2023年，套管開窗側(cè)鉆鉆完井工藝技術(shù)現(xiàn)場累計(jì)應(yīng)
用13井次，其中，油田應(yīng)用3井次，中原油田應(yīng)用10井
次，平均機(jī)械鉆速5.58m/h，同比2022年平均機(jī)械鉆速
5.44m/h，提高2.6%。
2.效果評價(jià)
2023年完成13口側(cè)鉆井，均為油井，增加可采儲(chǔ)量
5.6×104t，恢復(fù)產(chǎn)能0.8×104t，增油0.7×104t，獲得了良
好的經(jīng)濟(jì)效益。老井側(cè)鉆充分發(fā)揮了老井的余熱，不僅
增加了產(chǎn)量，而且側(cè)鉆井還可以利用老井原有井段和地
面設(shè)施，其鉆井成本要比鉆新井低得多，經(jīng)粗略計(jì)算，
與新井費(fèi)用對比，側(cè)鉆井總費(fèi)用大約是鉆新井35%。
四、結(jié)論與認(rèn)識(shí)
側(cè)鉆完井技術(shù)在老區(qū)油田已步入了大規(guī)模的推廣應(yīng)
用階段，它能充分開采老井的剩余資源，并可節(jié)約大量
的鉆井投資，具有推廣應(yīng)用價(jià)值；第一，解決了部分大
修不能解決的井況問題，使老井重新煥發(fā)新的青春；第
二，鉆頭、鉆具組合優(yōu)化以及施工參數(shù)優(yōu)化是解決機(jī)械
鉆速低的有效途徑；第三，鉆井泥漿體系的研究與維
護(hù)，能夠極大地減少鉆具粘卡等工程事故；第四，鉆側(cè)
核心技術(shù)對外依賴性強(qiáng)，下一步應(yīng)該加大對固井工藝技
術(shù)、隨鉆工藝、承壓堵漏技術(shù)、擴(kuò)眼技術(shù)研究。第五，
加強(qiáng)鉆具及工具管理，按要求對鉆桿進(jìn)行定期探傷，維
護(hù)保養(yǎng)，并實(shí)行分級(jí)管理，杜絕不合格鉆具及鉆頭等工
具入井，確保側(cè)鉆施工安全。
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作者簡介：王偉紅（1971—），男，漢族，山西忻州
人，本科，助理工程師，研究方向：壓裂配套，側(cè)鉆技
術(shù)與井控技術(shù)。
（上接第248頁）
粉新型材料可以有效減緩樁周土體的孔壓增長，減小樁
的側(cè)向變形，避免液化過程中建筑物沉降或傾斜。（2）
基礎(chǔ)隔震?；A(chǔ)隔震系統(tǒng)使建筑物或結(jié)構(gòu)在地震期間免
受地面運(yùn)動(dòng)的影響。它們允許結(jié)構(gòu)獨(dú)立于液化土壤移
動(dòng)，減少地震力并最大限度地減少損壞。（3）抗液化設(shè)
計(jì)。工程師可以通過結(jié)合柔性基礎(chǔ)、鋼筋混凝土和抗震
建筑規(guī)范等功能來設(shè)計(jì)能夠承受液化引起的地面運(yùn)動(dòng)的
結(jié)構(gòu)。（4）擋土墻和邊坡穩(wěn)定性。加固的擋土墻和邊坡
穩(wěn)定措施有助于避免液化引起的地面運(yùn)動(dòng)引起的山體滑
坡和結(jié)構(gòu)損壞。
3.建立預(yù)警系統(tǒng)
預(yù)警系統(tǒng)由以下幾部分組成：（1）地震監(jiān)測。連續(xù)
監(jiān)測地震活動(dòng)可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的地震?，F(xiàn)代技術(shù)可以
快速評估地震事件的規(guī)模和位置，從而及時(shí)發(fā)出警報(bào)。
（2）土壤監(jiān)測。在脆弱地區(qū)安裝土壤監(jiān)測系統(tǒng)可以檢測
土壤狀況的變化，包括孔隙水壓力的增加。這些系統(tǒng)提
供潛在液化危險(xiǎn)的早期預(yù)警。（3）公共警報(bào)系統(tǒng)。液化
易發(fā)地區(qū)的社區(qū)可以建立公共警報(bào)系統(tǒng)，通知居民即將
發(fā)生的地震并提供安全措施指示。
4.應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃
制訂全面的應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃（包括疏散程序以及與地
方部門的協(xié)調(diào)），可以有效管理與土壤液化相關(guān)的緊急
情況。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)組織公眾教育活動(dòng)，讓公眾多學(xué)
習(xí)災(zāi)害防范的知識(shí)，熟練掌握一系列的自救技能。
5.國際防災(zāi)合作
液化災(zāi)害的有效防范還需要國際層面的合作。這種
合作的關(guān)鍵方面包括：（1）共享數(shù)據(jù)和信息。具有處理
土壤液化經(jīng)驗(yàn)的國家應(yīng)與面臨類似風(fēng)險(xiǎn)的國家分享其知
識(shí)、數(shù)據(jù)和最佳實(shí)踐。這可以包括有關(guān)災(zāi)害繪圖、緩解
策略以及從過去事件中吸取的教訓(xùn)的信息。（2）聯(lián)合
研究計(jì)劃。涉及多個(gè)國家的合作研究項(xiàng)目可以更全面地
了解液化風(fēng)險(xiǎn)并制定全球適用的緩解策略。（3）能力
建設(shè)：國際組織和發(fā)達(dá)國家可以協(xié)助發(fā)展中國家建設(shè)評
估和減輕土壤液化風(fēng)險(xiǎn)的能力。這包括培訓(xùn)計(jì)劃、技術(shù)
援助和技術(shù)轉(zhuǎn)讓。（4）預(yù)警系統(tǒng)。國際合作可以開發(fā)出
區(qū)域或全球預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為潛在的土壤液化事
（下轉(zhuǎn)第231頁）
231
　綜述
NMR（CDCl3，400MHz，δppm）：8.23（d，1H，J＝
2.8Hz），8.08（dd，1H，J1＝8.8Hz，J2=2.8Hz），7.57
（dd，1H，J1＝7.6Hz，J2＝1.6Hz），7.41（dd，1H，
J1＝9.2Hz，J2＝1.6Hz），7.08（t，1H，J＝7.6Hz），
6.97（d，1H，J＝8.0Hz），6.80（d，1H，J＝8.8Hz），
3.97（m，1H），3.79（s，3H），3.65（m，1H），3.23
（m，2H），3.10（m，1H），2.77（m，2H），2.65
（s，3H），1.92（m，1H）。
四、結(jié)論
Nucleozin是通過計(jì)算機(jī)高通量篩選設(shè)計(jì)合成的一類
全新的具有非常優(yōu)秀生物活性的抗流感病毒藥物，它以
流感病毒核蛋白為作用靶點(diǎn)，通過誘導(dǎo)核蛋白的構(gòu)象發(fā)
生變化，影響核蛋白-RNA復(fù)合物的形成，從而抑制病
毒RNA復(fù)制。從藥理學(xué)數(shù)據(jù)分析，相較其他類型的抗流
感病毒藥物，Nucleozin具有巨大的開發(fā)潛力。Nucleozin
的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，能夠改造的地方很多。在已有文
獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上，本課題以Nucleozin為先導(dǎo)化合物，針
對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)利用生物電子等排原理對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾
改造，一共設(shè)計(jì)合成了兩類共3個(gè)Nucleozin衍生物，為后
續(xù)的體外活性測試和構(gòu)效關(guān)系研究奠定基礎(chǔ)。
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【基金項(xiàng)目】湖南自然科學(xué)基金項(xiàng)目《科藥聯(lián)合基金》
（項(xiàng)目編號(hào)：2022JJ80004）。
作者簡介：朱穎熹（1986—），女，漢族，湖南株洲人，
碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：創(chuàng)新藥物研究。
件（特別是在地震多發(fā)地區(qū)）提供及時(shí)警報(bào)。（5）標(biāo)準(zhǔn)
化。制定土壤液化評估和緩解的國際標(biāo)準(zhǔn)可以確?？缇?
方法的一致性。（6）救災(zāi)協(xié)調(diào)。發(fā)生土壤液化災(zāi)害時(shí)，
國際協(xié)調(diào)要及時(shí)向受影響地區(qū)有效部署人道主義援助和
資源。
五、結(jié)束語
總而言之，在應(yīng)對土壤液化災(zāi)害帶來的諸多挑戰(zhàn)
時(shí)，只有靈活運(yùn)用土壤改良技術(shù)，完善結(jié)構(gòu)工程的解決
方案，制訂災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急響應(yīng)計(jì)劃，主動(dòng)尋求與
國際防災(zāi)組織的合作，通過共享數(shù)據(jù)、防范策略、資源
與經(jīng)驗(yàn)，才能不斷減輕土壤液化的危害，高質(zhì)量完成巖
土工程的規(guī)劃任務(wù)，在更加安全且富有彈性的城市環(huán)境
中更好地進(jìn)行社會(huì)性活動(dòng)。
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（上接第108頁）

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