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 我國工程地質的研究現狀

我國的工程地質學經過近50年的發展,今天已成為壹門研究內涵豐富、理論體系嚴謹,具有中國特色的綜合性學科,並且是國際工程地質界的重要壹員。

縱覽中國工程地質學的研究領域,是相當廣闊的。主要的有以下幾方面:

壹、巖體工程特性研究和巖體工程地質力學的創立

大量的巖體工程實踐遇到的是地基、邊坡和地下工程圍巖的變形破壞問題,促使工程地質學家與巖石力學家、土木工程師們關註對巖體介質特性的研究,認識到巖體與巖石是既有著本質區別又相互聯系的介質。著名工程地質學家谷德振和他的同事們在壹系列巖體工程勘察中,發現巖體的力學性質和行為主要受控於軟弱結構面的展布,包括層面、斷裂面、節理、片理等,使巖體成為非連續、非均質、各向異性的介質。他們首先從地質建造著手,劃分工程地質巖組,運用地質力學理論方法,研究結構面的形成機制和空間分布規律,進而研究巖體結構特性,劃分巖體結構類型。再按不同結構類型和工程建築要求進行巖體力學試驗及測試,最後再根據巖體結構特征和力學屬性,建立力學模型作數學模擬和穩定性分析。將工程地質學與地質力學、巖石力學有機地結合起來,創立了巖體工程地質力學。它的理論體系、研究思路和方法,在國際上獨樹壹幟。

20世紀80年代中期以來,在中國科學院地質研究所設立了工程地質力學開放研究實驗室,吸收國內學者***同協作,開展工程地質前沿課題和生產上需要解決的問題的研究工作,每次學術委員會上都要討論工程地質學發展的趨勢和應制定的科研方向。無形中成為我國工程地質學的研究中心,推動著我國工程地質學的不斷發展。

二、區域工程地質和區域地殼穩定性研究

我國地域遼闊,受地質和自然地理條件制約,區域工程地質條件復雜。因此,區域工程地質研究對國土資源開發利用,工程規劃布置以及地質環境保護等意義重大。早在20世紀50年代末,老壹輩工程地質學家劉國昌、張鹹恭、姜達權等就開展了此項研究工作,出版專著和編制全國工程地質分區圖。幾十年來,各大河流域、部分省區和西南、西北山區都開展了較系統的區域工程地質和環境地質研究,積累了豐富的資料。經過數年的努力,於1990年首次出版了由任國林主編的1∶400萬《中國工程地質圖及說明書》,並附有全國工程地質分區圖;1992年出版了由段永侯主編1∶600萬《中國環境地質圖系》,圖系以工程地質內容為主。標誌著我國區域工程地質環境研究取得了豐碩的成果。

“區域地殼穩定性”的術語是由原蘇聯工程地質學家最早提出的,但未作說明和專門研究。在20世紀50年代末,我國學者谷德振和劉國昌倡導此項研究工作。它的涵意是指巖石圈內正在進行的地質、地球物理作用對地殼表層及工程建築安全的影響,即地殼現代活動對工程安全的影響程度。其研究思路是以地質力學理論為指導,強調以地質構造研究為基礎,以斷裂活動性、現代地應力場和地震活動性為主要研究內容,最終進行區域穩定性分級,分區和評價。在該研究領域,胡海濤等依據李四光的“安全島”思想,指導重大工程場址的選擇,取得了重要成果。例如,二灘水電站和大亞灣核電站的成功選址即是。區域地殼穩定性研究對我國工程地質勘察來說,具有特殊的意義,這也是具有中國特色,且在國際上處於領先地位的研究領域。

三、環境工程地質和地質災害的研究

環境工程地質是現代工程地質學的壹個分支,是研究由於人類工程—經濟活動所引起的區域性和危害人類及工程安全的工程地質作用。這些有害的工程地質作用是誘發地震、地面沈降、地面塌陷、土地荒漠化、滑坡、泥石流等,它們常導致地質災害。環境工程地質就是研究這些作用(或問題)產生的機制和條件,進行預測和防治,其目的為了合理利用和保護地質環境。我國正式研究環境工程地質始自20世紀60年代的新豐江水庫誘發地震和上海的地面沈降。80年代初以來,***召開了四次全國性的環境工程地質學術討論會,涉及的內容豐富多采。有些研究成果在國際上處於先進地位。例如,上海地面沈降的防治,區域性滑坡預測模型。1995年出版了第壹本由劉傳正著的《環境工程地質學導論》,全面論述了環境工程地質理論體系,基本研究內容以及各類環境工程地質作用研究的內容和方法,展示了環境工程地質的前景。

與環境工程地質相關的地質災害的研究,也主要由工程地質界承擔的。近十多年來,對危及人類和工程安全的各種地質災害,都進行了廣泛而深入的研究。在1989年1月召開的全國地質災害防治工作會議期間,成立了主要由工程地質學家參加的全國地質災害研究會,次年又創辦了《中國地質災害及防治學報》,對地質災害的研究起了促進作用,對地質災害的分類,形成機制、分布規律,預測方法及防治對策與措施等研究成果,及時在學報上開展交流。90年代還編制了中國地質災害類型圖,出版了段永侯等的專著《中國地質災害》。眾多的研究成果及著作,還有具體防治工程的成功,確立了我國在這壹領域的國際地位。

四、特殊土結構和工程特性的研究

藉助於測試技術的現代化,我國在特殊土的微觀結構及其工程特性的研究方面也有了長足的發展。所謂特殊土,指的是成分和結構特殊,其工程(地質)性質也特殊的土類。我國幾乎所有的特殊土皆有分布,諸如淤泥土、黃土類土、膨脹土、鹽漬土、紅粘土,多年凍土等,它們的分布都具地域性,因此也可稱之為區域性土。由於特殊的不良工程性質,對當地工程建設以及生命財產的安全意義重大,因而促使學者們開展了這方面的研究。這裏需要特別指出的是,張宗祜、高國瑞、黃熙齡、孔德坊、李生林等學者長期以來對黃土類土、膨脹土和淤泥類土所進行的卓有成效的研究成果,有關它們的微結構特征和分類、物質成分、工程特性及指標,建築穩定性評價以及處理措施等,都進行了深入的研究。

五、工程地質勘察的理論和技術方法

工程地質學為工程建設服務是通過勘察工作來實現的。工程建築與其所在的地質環境之間存在著相互作用和相互制約的矛盾關系,要通過工程地質勘察才能搞清楚。50年來,難以計數的大大小小各類工程建築通過勘察,積累了十分豐富的經驗和教訓。總地說,我國的工程地質勘察經歷了三個歷史階段:第壹階段是1966年以前,勘察工作體制由全盤學習蘇聯到自主獨立發展,勘察工作嚴格按規範要求進行,為國家基本建設的壹批重大工程項目提供了地質依據。當時在工程選址和場地評價中,著重於工程地質條件的闡明和定性評價為主。第二階段是1966年到1978年,“文革”期間工程地質勘察受到嚴重幹擾而很不正常,破壞了基本建設程序,壹些大工程搞了邊勘察、邊設計、邊施工的“三邊”方針,盲目簡化勘察程序,有的重大工程實際上搞了壹次性勘察,造成嚴重損失。如葛洲壩水利樞紐、焦枝鐵路、第二汽車制造廠等工程即是。第三階段1978年以來,以經濟建設為中心的改革開放年代,形成了較完整的工程地質勘察體制,制定新的勘察規範,與國際接軌,勘察質量大大提高。在土木工程中又引進歐美國家的巖土工程技術體制,兩種技術體制並存。壹些重大工程采取國際招標方式,以引進國外先進的勘察技術和資金。工程地質勘察工作進入了壹個新的歷史階段。

經過數十年實踐和理論研究,逐漸形成和完善了我國工程地質勘察的理論體系,即“以工程地質條件的研究為基礎,以工程地質問題的分析為核心,以工程地質勘察技術方法為手段,以工程地質評價決策為目的。”這壹理論體系在由張鹹恭、王思敬和張倬元主編的《中國工程地質學》中得到了充分體現。可以無愧地說,我國的工程地質勘察事業在上述勘察理論體系的指引下取得了巨大成就,令世人囑目。例如,三峽、小浪底、二灘、劉家峽、龍羊峽等壹批巨型水利樞紐和水電站工程;大亞灣、秦山核電站;寶成、蘭新、成昆、南昆、大秦、京九等鐵路幹線;還有許多新興的城市、礦山等等。所取得的優質勘察成果,保證了工程的順利設計、施工和運行,也得到了國際同行們的贊許。在勘察基礎上,形成了“水利水電工程地質”、“鐵路工程地質”、“礦山工程地質”和“城市及房屋建築工程地質”等專門工程地質系列。

當前,新技術方法在工程地質勘探中被推廣應用,已取得了較好效果。例如,遙感圖像(航衛片)在工程地質測繪填圖中的應用;大口徑鉆進和小口徑金剛石鉆進在水電工程地質勘探中的采用,砂卵石層鉆探與取樣新技術,套鉆和巖芯定向鉆進技術;聲波探測、地質雷達、地球物理層析成像技術(CT)、鉆孔彩色電視錄像及圖像處理系統等物探技術的使用;計算機技術在工程地質勘察中普遍采用,各種專用軟件的開發等。

50年來我國的工程地質教育壹直興旺不衰。至今全國有十余所高等學校設置有培養工程地質專業人才的院系,為國家培養輸送了大批研究生和本科生。此外,在中國科學院地質研究所等多所科研機構專門培養工程地質專業研究生。形成了壹支宏大的工程地質專業隊伍。在教學實踐中,編寫出了各具特色的系列工程地質專業教材。高校和科研院所還承擔了壹些重大的生產和科研課題,既完成了生產、科研任務,又培養了優秀專業人才。

中國工程地質界與國際工程地質協會的聯系密切,在20世紀80年代初不少同行加入了國際工程地質協會,建立中國國家小組,隨工程地質專業委員會壹起活動。中國工程地質界積極參加國際工程地質協會組織的學術活動。自1983年起我國組團參加了歷屆國際工程地質大會,所提交的論文數都位居前列。現任國際工程地質與環境協會主席,是我國工程院院士王思敬教授,他是1998年在荷蘭阿姆斯特丹舉行的第8屆國際工程地質大會上被推選擔任此職的,這是中國工程地質界的驕傲!

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