工程地質學的新進展
⑴ 工程地質學的發展展望
21世紀可以預計的大型工程建設,如跨流域的調水工程、大型水電工程、深部露天采礦工程、地下工程、海洋工程等,其可能發生的復雜的工程地質問題,從理論到設計、施工實踐,從預測到防治,需要我們作為重要研究方向,在原有認識和經驗的基礎上,進一步去創新發展,與其它多學科聯合攻關。
(1)岩、土體工程地質力學的理論方法體系還應進一步發展
工程地質力學具有我國的特色,並在工程實踐中獲得了廣泛的應用。研究岩、土體穩定性中的關鍵問題,如節理面的各種工程地質特性,區域構造應力場和工程區實測點地應力場的研究,岩體穩定性的時間尺度,根據岩體變形破壞的實例建立「地質模型」等(孫玉科)。此外還應進行工程地質技術的開發研究,包括地質探測技術,岩組物理力學測試技術,岩體變形觀測技術和變形破壞模擬實驗技術等。
(2)環境工程地質將獲得迅速的發展
目前大型工程建設涉及的環境工程地質問題很多。如大型露天開采,地下開挖,深埋長隧道工程,大型水利樞紐,地下硐室,城市垃圾的處置和衛生填埋工程等的建設,就遇到前所未有的更復雜情況。如深埋長隧道工程的開挖,需要查明其所遇到的地質災害問題的形成條件和發生機理,作出科學的評價預測。大型水域水岩相互作用導致水庫誘發地震、庫岸崩滑、大壩潰決、水庫淤積、大面積環境惡化等問題。水庫誘發地震產生的可能性及發震強度的預測難度較大。現中國學者建立了兩種震級預測的神經網路模型,具有較高的預測能力。新的動向是引入突變理論,分析水庫誘震機制,建立誘震的充要條件判據和地震能量的表達式,提出斷層帶弱化和岩體軟化效應誘震的新假說。
當前環境工程地質的研究又進一步延伸向環境地質工程,即主要研究解決和處理地質環境問題的假說和方法。90年代國際環境地質工程的熱點領域是各國城市化和資源開發中固體、液體、氣體廢棄物的排放、填埋處理以及與城市工程建設有關的環境工程問題研究。總體來說,環境工程地質還有些基本問題,如工程環境影響場問題,工程建築的適應度與環境靈敏度之間關系問題,環境容量問題,監測技術、環境綜合分析及反信息技術等問題的研究還有待深入。
(3)區域地殼穩定性的研究
目前應進一步加深對影響和制約穩定性因素的認識。如何分析、確定和量化這些因素,直接關繫到區域地殼穩定性評價由定性到定量方向發展的問題。近來有用分數維理論描述斷裂和地震的分形結構,耗散、渾沌和協同學等用以描述地殼結構及其動態之自組織過程及探討其內部的相關性。但這些探索尚處於初始階段。此外在技術方法方面,應大力開展深部探測、監測、遙感、計算機、制圖技術和深部地應力測試技術等應用研究,提高區域地殼穩定性諸因素的時空變化的量測精度。
工程地質學發展至今日,需要與現代系統科學理論思維相結合,尤其是非線性科學對於工程地質學的提高和發展具有重要意義。黃潤秋根據系統科學原理結合工程地質的應用與實踐,提出了工程地質問題的系統分析原理。應用這些原理可以建立地質過程的機制分析-定量評價,建立過程地質模型和模擬再現,建立過程地質分級、分類系統,認識過程地質體(或環境)和人類活動相互作用,認識災害地質作用發展過程,描述地質體復雜的結構和工程地質問題過程,研究過程預報等。在工程地質學拓展到地質工程的新領域時,做好施工監測與信息反饋,這就是以監控-反饋原理為核心指導思想的「信息化施工」。總之,系統科學的引入,必將把傳統的工程地質學推向新的階段和新的水平。
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⑵ 環境地質學研究進展
沈照理
1 環境地質學的研究對象、內容與分科
1.1 研究對象
環境地質學是地質科學中的一門新興的分支學科,也是環境科學的重要組成部分。其研究對象是人類社會與地質環境組成的復雜系統。它的任務是研究人類活動與地質環境的相互關系,揭示環境地質問題的發生、發展和演化趨勢,全面評價地質環境質量,提出地質環境合理開發、利用和保護的對策與方法,為實現人類社會、經濟的可持續發展提供科學依據。
1.2 研究內容
(1)Environmental Geology(Edward A.Keller,Univ.of California Santa Barbara,7thE-dition,1996)中所列的,研究內容:土地利用及與土壤有關的環境問題、人口增長與自然災害、洪災、滑坡、地震、火山活動、岸邊災害、水資源短缺與水污染、環境與健康、礦產開發導致的環境問題、全球變暖(CO2,O3,酸雨等)、大氣污染等。
(2)環境地質學(修訂版)(潘懋、李鐵鋒編著,高等教育出版社,2003)中所列的研究內容:全球變化的研究、區域環境地質問題的研究、資源開發環境地質問題的研究、地質災害研究與防治、城市環境地質研究、重大工程建設的環境地質研究、醫學環境地質研究、生態環境地質研究、現代科學技術在環境地質學中的研究等。
1.3 分科狀況與學科歸屬
目前,環境地質學還沒有形成系統的學科體系,已經沿用過的主要有:①環境水文地質學;②環境工程地質學;③環境地球化學;④災害地質學;⑤城市環境地質學;⑥礦山環境地質學;⑦農業環境地質學等。
按國務院學位委員會和國家教育委員會1997年頒布的《授予博士、碩士和培養研究生的學科、專業目錄》,環境地質調整到現一級學科:環境科學與工程(可授工學、理學、農學學位)(0830)之環境工程學科、專業(083002)。(見下表)
地球科學進展
2 我國環境地質問題研究概述
在自然(原生)和人為(次生)因素作用或影響下形成的環境地質問題。(全面的、簡略的、擇重點簡介)
3 環境問題成為全世矚目的問題之一
(1)可持續發展理論與《中國21世紀議程》。劉培哲文章簡介,在《地學前緣》1996年3卷1期。
(2)瀕臨失衡的地球——生態與人類精神[美]阿爾·戈爾著,陳嘉映等譯。中央編譯出版社一書簡介。
(3)Resources vital to humans。
(4)地球科學新的優先考慮的問題。(W.S.Fyfe文章)簡介,在《地學前緣》1996年3卷1期。
地球科學進展
4 與專題相關資料
(1)書籍:①《Environmental Geology》Edward A.Keller著;②《環境地質學》(修訂版)潘懋,李鐵鋒編著;③《瀕臨失衡的地球——生態與人類精神》[美]阿爾·戈爾著,陳嘉映等譯。
(2)期刊:①Water Research;②Environmental Sciences&Technology;③Contaminated Hydrogeology;④Applied Geochemistry;⑤地學前緣。
⑶ 對工程地質學的建議
工程地質學是20世紀才建立和發展起來的一門地球科學。工程地質專業在工程建設中具有十分重要的位置。工程地質工作的質量,對工程方案的決策和工程建設的順利進行至關重要。由於地質問題引起的工程事故時有發生,輕則修改設計延誤工期,嚴重時造成工程失事給人民生命財產帶來重大損失。近年來,工程地質勘察質量有下滑現象,工程地質分析不夠深入,有的甚至出現工程地質評價的結論性錯誤。今後十年,將有可能成為水利水電工程建設的又一個事故高發期。工程地質對地球環境的保護要發揮重要作用。工程地質面臨著新的機遇和挑戰。關鍵詞 。
關鍵詞:工程地質 水利水電 勘察 環境 分析 人才 機遇
工程地質對於工程師來說並不陌生。然而,由於人類工程活動引起地質環境的改變,工程地質問題造成工程建設的被動與失敗的若干實例證實,許多人對工程地質又是陌生的。
人類歷史剛剛翻開新千年新世紀的第一頁,一場以高新技術為前導的產業革命卻早已開始了,工程地質學科必將在這場革命中獲得新生。當然,我們更應該看到技術的每一次革命性進步,都伴隨著矛盾與沖突,特別是體制和機制問題,是生產力與生產關系的相互作用,需要協調與適應,改革就成為必然。
當前,工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質專業正面臨著新的發展機遇。人類與自然的關系不是斗爭而是相互作用和相互影響;人類工程活動不是改造自然而是如何順應自然。人類賴以生存的地球環境問題,工程地質學家和地質師都要認真關注,並勇敢地承擔起應盡的職責。
1 工程地質學科的起源與發展
工程地質學是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地球科學。20世紀初,為了適應興建各種工廠、水壩、鐵路、運河等工程建設的需要,地質學家開始介入解決工程建設中與地質有關的工程問題,不斷地進行著艱苦的工程實踐和開拓性的理論探索,首次出版了「工程地質學」專著,工程地質學開始成為地球科學的一個獨立分支學科,工程地質勘察則成為工程建設中不可缺少的一個重要組成部分。二次世界大戰以後,全世界有了一個較為穩定的和平環境,工程建設的發展十分迅速,工程地質學在這個階段迅速成長起來了。經過半個多世紀的工程實踐和理論探索,工程地質學大為長進,內涵和外延都煥然一新,成為了現代科學技術行列中的重要分支學科。
中國的工程地質事業在解放前基本上是空白,建國後才有了長足的進步和發展。50年代初開始引進蘇聯工程地質學理論和方法,走過了我們自己的工程實踐和理論創新的輝煌歷程,形成了有自己特色的工程地質學體系。特別是在水利水電行業,舉世矚目的三峽、小浪底等特大型水利樞紐工程的開工建設,瀾滄江、紅水河、雅礱江、烏江、黃河等大江大河眾多大型梯級水電站的興建,以及若干正在開展前期工作的其它水利水電工程,充分積累了在各類岩性地區和各種復雜地質條件下進行地質工作的豐富經驗,建立了一套比較完整的工程地質勘察規程規范。重大工程建設不斷地將數理學科的新成就和高新技術及時吸收進來,極大地豐富了工程地質學科的內容,有力地促進了工程地質學科的發展,使我國工程地質學達到現代科技水準,逐漸成為國際工程地質界的重要成員之一。
今天,工程地質專業學科的內涵已經遠遠超出了傳統工程地質定性描述和定性評價的范疇,發展成為集多種勘探手段去獲取基礎性地質資料,並對這些資料進行歸類匯總、整理分析、定性評價、定量評價、地質預測、工程措施的建議等等既特殊又復雜的綜合性專業。任何一個成熟的設計師,都會清楚地意識到工程地質專業在工程設計中的重要位置。無數重大工程成敗的實例足以證明工程地質專業在工程建設中的權威性。
在學術界,有國際工程地質學會,國內的中國地質學會、中國水利學會和水力發電工程學會等全國性學術組織都專門設立有工程地質專業委員會,水利水電行業中全國性的學術組織還有「水利水電工程地質信息網」。此外,全國性的勘測技術協會主要還是工程地質專業。這些學術組織為我國各行各業的工程建設作出了重大貢獻,發揮了巨大作用。
2 水利水電工程地質的特點
2.1 特殊性與復雜性
在水利水電、電力、工民建、交通、港航、航天、航空、地礦、市政建設等等凡是存在土建工程,要與地質體(地基)打交道的行業,都有工程地質專業,因此,我們稱工程地質專業是工程建設的基礎性專業,是不必爭議的。由於水利水電工程建設自身的特殊性和復雜性,使得水利水電工程地質又是所有這些不同行業的工程地質專業中涉及面最廣、問題最復雜、任務最艱巨、聲望最高、最具權威性的業界龍頭。
水利水電工程建設的特殊性首先表現在工程建築物的特殊性。工業與民用建築到處可以見到基本相同甚至完全相同的建築物,可以部分或全部套用標准設計圖紙。而水工建築物則不然,世界上有成千上萬座水庫大壩,你就很難找到兩座完全相同的大壩。決定大壩的規模、壩型、結構等工程要素的自然條件很復雜,而工程地質條件則是最主要的自然條件之一。水工建築物的第二個特殊性是與水打交道,所承受的主要荷載是水荷載。水利水電工程不允許失事,一旦失事,損失將十分慘重。
水利水電工程建設的復雜性主要表現在工程規模大,專業多,涉及面廣,投資大,工期長,建築物的形式、結構、功能、荷載組合等等都十分復雜,特別是大型特大型水利水電工程更是如此。例如舉世矚目的三峽水利樞紐工程,涉及到中國的政治、經濟、社會、資源、環境、文化等方方面面,你很難找到其它基建工程可以等同於這樣的水利水電工程。因此,水利水電工程地質專業的特殊性與復雜性是由水利水電工程建設的特殊性和復雜性所決定的,同時,工程區自然地質環境的復雜性也決定了這個專業的技術難度。
2.2 實踐性與經驗性
水利水電工程地質的另一特點是強烈的實踐性與經驗性。在中國水利學會勘測專委會1999年度學術研討會上,工程地質界知名前輩專家天津院的李仲春教授語重心長地警示工程界:工程地質這個專業太難了,工程地質決策不是通過計算和試驗所能左右的,很大程度上取決於我們的工程經驗,即是十分成功的工程,也很難證明它既安全可靠又經濟合理。李仲春教授的肺腑之言充分表達了工程地質專業的實踐性與經驗性的深刻含義。
工程地質理論上的任何一項新進展,新方法,新技術,都必須通過大量試驗研究、分析論證和工程實踐的檢驗。例如,近二十年來隨著數理基礎學科和計算機技術的發展,壩基、洞室和邊坡穩定性分析計算的理論和方法有了長足的進展,但是這些計算成果仍然只能是工程設計和決策的一種參考,因此在工程界有一種通用說法:不可不信也不可全信。許多工程實例足以說明採取慎重態度的必要性。有些工程從分析計算上看是安全的,實際上卻出了問題;而另一些工程通過計算認為不安全,但卻安全運行了數十年。因此我們搞工程建設,工程經驗往往又是起決定作用的。
2.3 工程地質問題的長期性與隱伏性
水利水電工程地質的第三大特點:在地質體中留下的工程隱患具有長期性和隱伏性,甚至具有不可預見性。法國Malpasset拱壩失事和義大利Vajont水庫大滑坡,均為水工史上震驚世界的慘痛教訓,其地質隱患在整個勘測設計施工的全過程中沒有絲毫警覺。葛州壩工程壩基軟弱夾層問題導致工程停工,重新補充勘探並對設計進行重大修改。南盤江天生橋二級水電站廠房建在一個古滑坡上,開工後實在施工不下去了,搬出滑坡體後又位於另一個滑坡體的腳下。該電站的引水隧洞工程地質條件更是復雜得令建設者們防不勝防。由於地質體中留下的工程隱患造成的工程事故,輕則修改設計,重則工程報廢,或造成生命財產的重大損失,這樣的例子實在太多,舉不勝數。
2.4 工程地質測不準原理
著名的量子力學測不準原理:「不能同時測准粒子在某一瞬間的速度和位置」。我們不妨借用這個原理來揭示工程地質的一些本質性問題。事實上,地質體中的某些性質的確是測不準的。例如某一組結構面的產狀,你只能用一個區間值來表述,如果僅用一個確定值來表述則肯定不符合客觀實際。又如工程地基岩體的物理力學參數,它只能是一個區間值或統計值,因為地質體中每一點的性質都可能是變化的。地質參數精確到某一個具體數值的時候,千萬不要把它當成是絕對准確的,否則會誤導精確評價的可信性。據此,我們可以將工程地質測不準原理表述為:「地質體的工程性質不可能用絕對准確的參數來確定,它們只能是通過地質測繪、勘探、試驗、分析、統計和經驗判斷後提出一個建議區間值,供設計師根據建築物的性質在這個區間值中選取設計採用值」。近二十年來,概率統計、模糊數學、灰色理論等數理學科廣泛應用於工程地質分析領域,可以說是對工程地質測不準原理的有力支持。有些設計師不能理解地質師為什麼只能提出區間值,而不提出確定的數值,當他們對測不準原理透徹理解之後,這種疑問將會自然消除。3 工程地質的技術進步
工程地質勘察技術近二十年來有了長足的進展。測量、物探、鑽探、試驗等在儀器、設備、新技術、新方法、新手段方面不斷推陳出新,為工程地質提供了強有力的技術依託。由於有了各種新技術的支持,工程地質分析從定性到定量就成為可能。定量分析的新理論層出不窮,在學術界十分活躍。
計算機技術的發展對工程地質來說是一場真正的技術革命,從外業資料收集和內業資料整理的工作程序、工作方法、產品成果、質量標准等等均與傳統的工程地質有較大的差異,應用前景振奮人心。「工程地質計算機應用技術協作網」業已正式成立,必將對工程地質技術進步起到積極的推動作用。工程地質計算機應用主要包括六大課題:①數值計算;②制圖;③資料庫;④文檔管理;⑤專家系統;⑥網路系統。這六大課題既是多年來本專業計算機應用的實踐,也是我們將繼續探討的主要課題,還需要在今後的實踐中賦予新的內涵。
4 工程地質專業的任務與責任
工程地質專業的主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建築地區或場地;②評價,闡明工程建築區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,准確界定工程地質問題;③預測工程建築物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和治理工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建築物所需的天然建築材料等。歸納起來的表述:為工程建設提供基礎性和專門性地質資料,為工程選址、建築物設計以及不良地質條件的工程處理提供技術依據,同時對地質環境的變化作出預測。
為了完成以上任務,需要針對工程建築物區進行工程地質勘察和工程地質分析,界定和研究主要工程地質問題。工程地質勘察需要勘察目的明確,工程概念清晰,勘察手段多樣,勘探精度滿足要求。工程地質分析要求方法正確,計算可靠,參數可信,建議措施符合工程實際。工程設計最關心的是建築物地基的工程地質條件和物理力學性質,因此工程地質工作的最終體現是工程地質定性和定量評價。
工程地質專業只對提交給設計採用的地質資料負責,其物理力學參數也僅僅是建議值,不在建議值范圍之內的設計採用值和不適應地質條件的設計方案,地質師不負責。但是,地質師有責任對不符合或不適應地質條件的設計方案提出質疑,對可能存在的工程隱患要與設計師充分交底,對不良工程地質缺陷有責任提出工程處理措施的建議。
一般說來,正規勘測設計院的勘測隊伍,已經過幾十年工程實踐的檢驗,在正常情況下都可以完成以上任務並盡到地質專業的責任。本文以下章節列出的工程地質工作中存在的若干問題,是歸納了筆者從事工程地質工作十多年來的所見所聞,供地質師們分析問題時參考。
5 工程地質工作存在的問題與對策
5.1 工程地質勘察的質量問題
在工程地質勘察過程中,一般問題較多的是工程概念不清,勘探側重點不明確,針對性不強,方法不當,手段落後;工程地質分析工作中所選擇的理論、方法、計算公式等與實際情況有較大出入,其適應條件的物理意義混淆不清;地質報告中基本地質條件不清楚,主要工程地質問題界定不準確或論證不充分,有問題遺漏甚至結論性錯誤;有些地質報告沒有地質結論,也有些工程沒有做多少地質工作就先下結論,極不嚴肅。此類問題往往造成階段性工程審查不能一次性通過,可能延誤開發時機;或者盡管通過了審查,但卻給工程留下了隱患,這種情況的危險性更大。
5.2 相關專業的理解問題
一種情況是地質師對其它專業不理解,這需要加強跨專業的學習。另一類現象是設計施工等相關專業對工程地質的不理解。有的不懂地質卻偏要提出一些不切實際的勘探要求,有的工程由設計人員來布置地質勘探工作;有的設計人員對地質專業知其然不知其所以然,自以為是包打天下,不結合地質條件設計不當;也有的是不尊重自然地質規律,野蠻施工,嚴重破壞地質體的自然結構,造成重大工程事故。所有這些非地質專業的問題,往往在出了問題之後又向地質專業推卸責任,令地質師們不知所雲。工程地質界知名專家學者孫廣忠教授指出:「實際上,在地質工程實踐中脫離地質實際的實例隨手可拾,可以說,地質工程施工中出現事故的絕大部分是設計和施工脫離地質實際的結果,或者是對工程地質條件沒有搞清楚或認識不清的結果,如果離開了地質基礎,則其理論必將脫離地質實際必將作出錯誤的結論」。
潘家崢院士等前輩專家早已強調過地質學水工,水工學地質。足以可見專業之間的交叉滲透問題,早已被專家們的真知灼見道出了關鍵,就看我們作何行動。
5.3 勘測周期不合理的問題
從工程地質勘察到地質報告的提交需要一定的工作周期,這是再簡單不過的道理。但有些工程沒有基礎性的前期投入,一旦要報項目,立即就要求提交地質報告;還有些工程是今天提交了可研報告,明天就提交初設報告。此類情況多為地方性工程,一般國家投資的大型工程出現這種局面的不多。沒有足夠的勘測周期所造成的後果是嚴重的,地質條件不清楚,投資控制不住,施工後修改設計,或由於地質問題造成承包商巨額索賠等等。更可怕的是留下了工程隱患,可能造成重大工程事故。
5.4 規程規范的問題
規程規范的問題較多,甚至產生了一些混亂。水利系統與水電系統的勘測設計階段不一致,規程規范也有區別。歷經十多年的編寫報批,1999年才頒布的國家標准《水利水電工程地質勘察規范》,在勘測程序和新技術的應用方面都已經明顯地落後於時代的發展,一經頒布實施就難以把握。更為令人難以理解的是另一部國標《岩土工程勘察規范》並不完全適合於水利水電工程地質,而建設部的一些工程勘察監督機構則以此為依據對水利水電勘測設計單位實施質量檢查,使勘測單位不得不準備滿足兩種規范的兩套地質報告分別對付審查和檢查。規程規范的修訂和出台周期太長,完全不能滿足工程建設的需要。水利與水電分家之後,對於工程地質這個專業來說其工作性質是一樣的,但卻存在不同的技術標准和勘測程序,這種情況還要繼續下去,需要尋求解決或協調方案。
5.5 人才問題
文革十年造成的人才斷層已經出現。有豐富工程實踐經驗的前輩地質師相繼離崗,各勘測設計院明顯缺地質總工人才,八十年代期間各院比較整齊的地質副院長和院級地質總工,近年來在一些勘測設計院已經相繼斷檔,或後繼無人,或後備人才尚不成熟。勘測行業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,人才資源開發機制的問題,擇業行為中的浮躁動機等等,都不同程度地影響著優秀地質師的成長。
高質量高水平的工程地質分析成果,出自於高水平高素質的地質師。有人說二、三年就可以培養出地質專家,實屬無知。要培養出一個具有工程地質分析能力,能夠解決復雜問題的地質師,沒有十年以上的功夫,大量的工程實踐,自身的敬業精神,理論聯系實際,相關學科專業的學習和滲透,是決不可能的。十年樹木百年樹人,在地質師的培養過程中可以充分體現出來。培養優秀地質師的難度可以說遠遠超過培養博士、研究員和教授的難度。
社會的發展和日趨激烈的競爭市場,對地質師素質的要求也將越來越高,最好是跨專業的復合型人才。競爭的實質是人才的競爭。勘測隊伍要走向市場,必須重視高素質人才的培養,重視人才資源的開發。
5.6 技術管理問題
工程地質勘察質量的控制,技術管理是主要環節之一。近年來一些單位提交的勘測設計報告中的地質章節不是地質師寫的,報告的編制人中沒有地質專業負責人,或地質報告沒有院級地質負責人審查把關,報告和圖紙中的錯誤較多。這種情況給總院增加了審查難度,同時也有損勘測設計單位的質量和水平形象,還會延誤工程報批的時機。當然也有上級單位工程審查把關不嚴,助長了這種技術責任心不強的現象。
5.7 其它問題
前期工作投入不夠,有些地方部門長期拖欠勘測經費;體制問題,市場競爭不規范,非水利水電勘測單位從事水利水電勘測工作存在工作方法、技術要求和工程地質評價等方面的差異;勘測工作經費仍然按落後的實物工作量計算,造成多勘探多爭錢,地質分析多出力多賠本的事實上的不合理現象,長期以來得不到解決。勘測技術的科技含量低,新技術新方法投入少,不能滿足現代工程技術發展的要求。
5.8 今後十年將進入工程事故的高發期
鑒於對以上若干問題的擔憂,今後十年有可能是我國水利水電工程事故的又一個高發期,這一悲觀性預測有些危言聳聽,但願不要成為被不幸言中的事實。
5.9 解決問題的對策
解決問題首先要分清責任。規程規范和部分技術管理方面的問題應該由總院負責;勘測周期不合理,前期工作投入不夠等問題應該是地方部門或者計劃部門負責;質量、人才、相關專業的協調等問題自然應該由勘測設計單位負責;其它問題大家都有責任,但主要還是取決於大環境。
責任分清楚了,落實到要有人來抓,所有問題雖然我們不敢說都能很好地得到全面解決,但至少可以前進一大步。最可怕的是大家都在暢談必要性重要性,結果都是紙上談兵,沒有實際行動。筆者在這里也就是誇誇其談而已,不可能提出可以操作的具體解決方案,這種方案也不該我們提,該誰提?當然應該是誰負責抓,誰就提方案追落實精指揮勤檢查,最終歸結到誰領導的關鍵問題上。到此為此,我們的對策就算出台了。
其實,我們這里列出來的眾多實際問題,本質上和深層次的是體制和機制問題,需要通過改革才能從根本上解決。隨著勘測設計市場化進程的加快,新技術與舊管理的沖突,老觀念與新思想的交鋒,既是矛盾又是改革的動力,這是不難理解的。
6 工程地質要抓住機遇迎接挑戰
汪恕誠部長曾經講話強調:「不能老修改設計,因為搞招投標尤其是國際合同,修改設計就意味著被索賠」。少修改或不修改設計,是對工程地質提出的更高要求。基本地質資料不準,修改設計就是必須的。高標准嚴要求就是挑戰和機遇。
人類社會的進步與發展,實際上又是一部人與自然相互協調和相互影響的壯麗史詩。以前我們把人與自然的關系當成是與天斗與地斗的斗爭關系,實踐證明,人與大自然斗爭的結果,雖然取得了一些局部性的小勝利,而大自然反過來對人類的懲罰卻是災難性的。人類的每一次產業革命,無不與工程建設有直接關系,與地質環境有直接或間接關系。建國以來,我國的基本建設此起彼伏,水利水電工程建設從無到有,新一輪的建設高潮正在興起。在多專業組成的基建隊伍這個龐大樂團中,地質師要起到指揮和首席演奏家的作用,甚至還要擔負起獨奏華彩樂章的作用。
盡管工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質工作也存在著這樣那樣的問題和難題,然而這更是機遇。抓住機遇迎接挑戰,順應自然,保護環境,防止災害,造福人類,是工程地質學家和地質師的艱巨任務和不可推卸的責任。主要參考
⑷ 環境工程地質學的興起與進展
傳統的工程地質學的主要任務是對工程建設的地質條件進行評價,為保證工程建設的安全而作為設計施工的定性依據。但現代人類工程活動的規模和數量越來越大,導致對周圍地質環境的影響越來越大,產生許多負效應,這給工程地質學的研究提出了新的重要任務,就是要對工程建設作用於環境地質條件所產生的影響作出評價和預測。這種作用不僅是單向的,通常還是雙向的。就是要研究人類工程活動和地質環境的相互依存、相互制約、相互作用關系。在1980年第26屆國際地質大會上,國際工程地質協會就發表了工程地質學家參與解決環境問題的宣言,從此以後,環境工程地質學開始蓬勃發展起來。所以環境工程地質學的興起是比較晚的。對於環境工程地質學的地位雖然還有不同的看法,如有的認為這是工程地質學的新發展的學科分支,也有的認為是工程地質學發展的新階段和新方向。但毋庸置疑,對環境工程地質學的重要性和研究內容的認識基本是一致的。
地質環境對人類工程活動的制約,王思敬歸納為5個方面:宏觀環境、地質災害、岩土地質、水文地質、次生地質。它們通過對工程地區的區域穩定性、深部穩定性、地面穩定性、山體穩定性和圍岩穩定性而直接影響到工程的規劃、選址、設計、施工和運行。而人類工程活動對地質環境系統的作用方式是通過工程荷載、岩土開挖、水流、水體調節和工程熱力作用進行的。人類工程活動與地質環境系統在相互作用中的物質交換、能量交流,主要體現為載入、卸載、滲流和熱流等四大作用。相互作用所產生的環境效應可以有正負兩方面。重大的環境工程地質問題諸如礦山開采引起的地表沉降、地下塌陷、滑坡崩塌、佔用農田土地資源、泥石流、尾礦壩的穩定性及其環境問題;興建水利水電工程引起水庫誘發地震的評價和預測;公路、城市建設的環境地質工程質量等。因此環境工程地質研究的核心應是人類工程活動與地質環境的協調。為此建立了地質環境評價指標體系。通過不確定性數學方法,選擇或建立地質環境適宜性評價模型,對地質環境的敏感性進行評價預測,在此基礎上進行工程活動與地質環境的協調分析,並採取相應的對策。
⑸ 工程地質學的未來
人類在跨入21世紀後,將隨著工程設施的興建和對地質環境保護的重視,對工程地質學的期望也更多、更高,工程地質學科面臨新的挑戰和機遇。
一、國際工程地質學發展趨勢
從世界范圍看,工程地質研究繼續由發達國家向發展中國家擴展。發展中國家的各類工程建設將以前所未有的規模和速度發展著,各種不同復雜程度的地質環境將向工程地質學家們提出許多研究課題,也要求工程地質勘察技術手段不斷創新和改進。
可持續發展又是一個影響工程地質學發展的重要概念。工程地質學家要把人類賴以生存的環境的保護(包括地質災害防治在內)作為義不容辭的己任,尤其是重大工程環境影響問題需要切切實實地加以研究和解決。由於岩石圈與水圈、大氣圈、生物圈各層圈之間相互作用影響著,它們又具有全球觀念,所以勢必促使工程地質學家們從全球演化的角度來研究工程地質特徵的多樣性以及各層圈對工程地質條件的影響,進行全球性的工程地質研究和對比。
作為地學分支的工程地質學與工程科學、環境科學以及地球科學的其它分支學科關系密切,所以工程地質學與各相關學科必須更好地交叉和結合,以促進基本理論、分析方法和研究手段等各方面不斷更新和前進,進而使工程地質學的內涵不斷深化,外延不斷擴展。此外,工程地質學必將融入現代數理化、計算機科學、空間科學及材料科學等更多的新鮮知識,以保證在未來的信息世界裡工程地質學的適應性。
二、我國工程地質學未來的任務和發展趨勢
在21世紀的上半葉,根據我國的發展戰略,將大大提高綜合國力,加速四個現代化建設,趕上中等發達國家的水平。為了保持較快的穩步發展速度,在能源、交通、現代城市化建設和礦產資源開發方面將要有更大、更快的發展。同時,為了實施可持續發展戰略,要重視環境保護,加強自然災害的防治。我國的工程地質學將會擔負起新的更為艱巨的任務,面臨更為嚴峻的挑戰。
我國要在今後50年內趕上中等發達國家的水平,開發西部地區是關鍵一環。最近,已吹響了西部大開發的進軍號。西部地區占國土面積的三分之二,自然資源豐富。我國西南以金沙江、雅礱江、瀾滄江、大渡河等西南目標水能資源的開發將提上日程,在規劃的近20座大水電站中,大多具有數百至上千萬千瓦裝機容量,其中有的工程已在興建之中。該地區正處於印度次大陸板塊與歐亞板塊碰撞帶東側擠壓區,劇烈的構造活動世所罕見。工程的興建將會出現區域地殼穩定、山體穩定以及高陡邊坡穩定等一系列前所未見的工程地質問題。遼闊的西北地區土地資源豐富,開發潛力大,但水資源匱乏,成為大開發的瓶頸,所以位於青藏高原的西線南水北調工程勢必要上馬,將要興建一批深埋長大輸水隧洞,它們要穿越大活動構造斷裂帶,高地應力和碎裂岩體導致的圍岩穩定性又是前所未遇的一大工程地質難題。交通工程是西部地區大開發中居於首位的基本建設事業。已有若干條正在規劃設計或興建的連接東西部的鐵路干線,將穿越東部丘陵山地向雲貴高原過渡的地形梯度帶以及秦嶺山地。進藏的青藏和滇藏鐵路則位於高原永凍層和活動構造帶上,工程十分艱巨。它們地形陡峻,構造復雜,內外動力地質作用均十分活躍,工程地質學家也可大展身手。西部地區自然條件復雜,地質和生態環境脆弱,是我國地質災害多發區,災種多、強度大、復發頻繁,往往遭致嚴重後果。地震、滑坡、崩塌、泥石流、土地荒漠化等制約了當地社會經濟的發展,對地質災害的風險評估、預測預報以及防治對策的措施,又給工程地質學家們提出了新的研究課題。可以這樣說,西部大開發戰略的實施將會帶動我國工程地質學的理論水平和勘察技術方法更上一個新的台階。
我國的核電站、高速鐵(公)路、長距離輸油(氣)管道等工程建設,雖起步較晚,但進展迅猛,在21世紀上半葉將要大力發展。核電站主要興建於東部沿海地區,已建成的有大亞灣和秦山兩座。由於核電裝置的特殊性,選址時區域穩定性評價是關鍵的工程地質問題。此外,高放射核廢料地質處置工作又給工程地質學家提出了全新的研究課題。首先在東部地區興建京滬、京廣等高速鐵路干線,縱貫南北,將跨越長江、黃河,有的還要越海,解決其地基、橋基及海底隧道等工程難題已經提上日程。橫貫東西的塔里木—上海輸氣管線工程已經規劃,其投資僅次於三峽工程。線路將通過眾多的大地貌和大地構造單元,工程地質選線也將實施。
為了實施可持續發展戰略,在21世紀要十分重視保護環境和防治自然災害的發生。在此領域內工程地質學家將擔負更多的以前不熟悉的任務。我國城市化進程很快,城市地質工作將更為加強。為了優化城市居民的生活環境,住宅工程、地下和輕軌鐵道、高架道路等各項市政建設以及生活和工業廢物的地質處置工程等有關的工程地質問題,都將需要工程地質學家有更新的思路和技術去解決。
我國工程地質學經歷了半個世紀的發展,已經成為比較成熟的現代地球科學的分支。當前我國工程地質界在創新開拓中思路活躍,年青的工程地質學家正茁壯成長,能在新世紀擔負起工程建設、環境保護和災害防治的重任,發展工程地質學科。
⑹ 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,今天已成為一門研究內涵豐富、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一員。
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:
一、岩體工程特性研究和岩體工程地質力學的創立
大量的岩體工程實踐遇到的是地基、邊坡和地下工程圍岩的變形破壞問題,促使工程地質學家與岩石力學家、土木工程師們關注對岩體介質特性的研究,認識到岩體與岩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一系列岩體工程勘察中,發現岩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,使岩體成為非連續、非均質、各向異性的介質。他們首先從地質建造著手,劃分工程地質岩組,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,進而研究岩體結構特性,劃分岩體結構類型。再按不同結構類型和工程建築要求進行岩體力學試驗及測試,最後再根據岩體結構特徵和力學屬性,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、岩石力學有機地結合起來,創立了岩體工程地質力學。它的理論體系、研究思路和方法,在國際上獨樹一幟。
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,吸收國內學者共同協作,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,老一輩工程地質學家劉國昌、張咸恭、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。標志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。它的涵意是指岩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一個分支,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、地面沉降、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沉降。80年代初以來,共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,上海地面沉降的防治,區域性滑坡預測模型。1995年出版了第一本由劉傳正著的《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,確立了我國在這一領域的國際地位。
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。這里需要特別指出的是,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徵和分類、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:第一階段是1966年以前,勘察工作體制由全盤學習蘇聯到自主獨立發展,勘察工作嚴格按規范要求進行,為國家基本建設的一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干擾而很不正常,破壞了基本建設程序,一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一次性勘察,造成嚴重損失。如葛洲壩水利樞紐、焦枝鐵路、第二汽車製造廠等工程即是。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,制定新的勘察規范,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岩土工程技術體制,兩種技術體制並存。一些重大工程採取國際招標方式,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一個新的歷史階段。
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。」這一理論體系在由張咸恭、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、龍羊峽等一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、京九等鐵路干線;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;大口徑鑽進和小口徑金剛石鑽進在水電工程地質勘探中的採用,砂卵石層鑽探與取樣新技術,套鑽和岩芯定向鑽進技術;聲波探測、地質雷達、地球物理層析成像技術(CT)、鑽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採用,各種專用軟體的開發等。
50年來我國的工程地質教育一直興旺不衰。至今全國有十餘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。形成了一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一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一起活動。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!
⑺ 工程地質學的涵意和發展簡史
工程地質學是20世紀20年代從地質學中脫胎而出的,經過70多年的發展,而今已成為一門理論基礎堅實、研究內容豐富、與工程建設及人類環境密切相關、且具有各分支學科、應用性很強的地學學科。它的學科體系獨立完整,在科學系列中佔有重要的地位。
科學技術的發展是與人類的社會經濟活動息息相關的,工程地質學也不例外。它的形成與發展依賴於工程建設的發展與需求。20世紀是人類社會發展最快的時期,各類工程建設突飛猛進,使地質學愈來愈多地介入其中,為工程的規劃、設計、施工和運營提供地質依據,推動了工程地質學的形成和發展,且理論日臻完善。至20世紀下半葉更成為一門世界性的學科,於1968年成立了國際工程地質協會,會員國至今有70多個。
完整、系統的工程地質理論是由原蘇聯科學家首先奠定的。蘇聯十月革命勝利後,開展了大規模的社會主義國民經濟建設,工程建設實踐對地質學提出了前所未有的問題和要求,乃是使工程地質學成為一門獨立的地質科學的原因。工程地質學是「研究建築和使用工程建築物的地質環境的科學,它所探討的對象都是屬於地質方面的。」「它研究由於人類工程活動而引起的地殼(主要是它的最上層)變動。實際任務就是預測工程建築物在施工及使用時與地質環境的相互作用。」從工程地質學創立一開始就明確了它的學科性質和任務。
與此同時,在歐美資本主義國家中也出現了工程地質學,然而其研究方向則不同。工程地質往往是附屬於土木工程中,主要從事一般地質構造和地質作用與工程建設關系的研究,是「土木工程師適用的地質學」,並未形成獨立的科學體系。把建築穩定性問題解釋為土力學和岩石力學的問題。這一研究方向實際上一直延續至今,形成為「地質工程學」和「岩土工程學」。所以說,在歐美一些國家中工程地質學的學科體系至今並不獨立完整。
我國的工程地質學,是在新中國建立後隨著大規模國民經濟建設的需要而發展起來的,一開始就按原蘇聯的模式建立工程地質學科和勘察體制。1952年建立地質部時,下設有水文地質工程地質局,起著領導與管理專業的作用。後又成立了水文地質工程地質研究所。同年高等學校院系調整時,在新成立的北京和長春兩所地質學院以及南京大學地質系中,設立有水文地質與工程地質專業,開始正規培養工程地質專業人才。之後,在城建、水利、電力、鐵道、冶金、機械、國防等部門也相繼建立了各自系統的工程地質勘察研究機構,在有關院校中設立相應的專業,在中國科學院地質研究所專門設立了工程地質研究室。對一大批工程項目進行了工程地質勘察,為工程規劃、設計和施工提供了充分的地質依據,保證工程建設的安全、經濟和正常運營。工程地質學在我國國民經濟建設中作出了重大貢獻。三門峽水利樞紐、武漢長江大橋,新安江水電站等骨幹工程的工程地質勘察成績斐然。
進入20世紀60年代,大量實踐積累了豐富的資料和實際經驗,促進我國工程地質進入了獨立發展的階段。一些產業部門制定了各自的工程地質勘察規范,岩土測試技術提高。定量評價有所發展。工程地質教育質量提高,公開出版了自己的專業教材。此時期一批重大工程項目,例如,三峽工程、烏江渡、劉家峽、龍羊峽、小浪底等水利樞紐;成昆、蘭新、焦柳等鐵路干線;南京、九江長江大橋等的工程地質勘察,都取得了重要成果,有的已建成運行。
從20世紀70年代後期以來,我國進入了以經濟建設為中心和改革開放的時代,也是工程地質學大發展的時期。在大量吸取國外先進理論和技術方法的同時,創立了自己新的理論,形成了具有中國特色的工程地質學理論體系。工程地質學研究領域不斷拓展。在能源和礦產資源開發、城市化建設、交通線路和地質災害預測防治等方面,開展了廣泛而深入的研究。將系統論、資訊理論、耗散結構等現代科學方法論滲透到學科領域中。高等院校大量培養工程地質專業研究生,編著各具特色的工程地質系列教材。我國工程地質學進入了現代學科分支的行列,在眾多分支領域內的研究成果豐碩。為了更好地促進我國工程地質學科的發展,加強國內外學術交流,於1979年成立了中國地質學會工程地質專業委員會,並召開了我國第一屆工程地質大會。2000年將召開第六屆全國大會。歷屆大會都就有關工程地質研究的熱點問題進行學術交流,並編撰出版論文選集。
⑻ 求一篇有關工程地質的論文
工程地質學是世紀才建立和發展起來的一門地球科學。工程地質專業在工程建設中具有十分重要的位置。工程地質工作的質量,對工程方案的決策和工程建設的順利進行至關重要。由於地質問題引起的工程事故時有發生,輕則修改設計延誤工期,嚴重時造成工程失事給人民生命財產帶來重大損失。近年來,工程地質勘察質量有下滑現象,工程地質分析不夠深入,有的甚至出現工程地質評價的結論性錯誤。今後十年,將有可能成為水利水電工程建設的又一個事故高發期。工程地質對地球環境的保護要發揮重要作用。工程地質面臨著新的機遇和挑戰。關鍵詞 。
關鍵詞:工程地質 水利水電 勘察 環境 分析 人才 機遇
工程地質對於工程師來說並不陌生。然而,由於人類工程活動引起地質環境的改變,工程地質問題造成工程建設的被動與失敗的若干實例證實,許多人對工程地質又是陌生的。
人類歷史剛剛翻開新千年新世紀的第一頁,一場以高新技術為前導的產業革命卻早已開始了,工程地質學科必將在這場革命中獲得新生。當然,我們更應該看到技術的每一次革命性進步,都伴隨著矛盾與沖突,特別是體制和機制問題,是生產力與生產關系的相互作用,需要協調與適應,改革就成為必然。
當前,工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質專業正面臨著新的發展機遇。人類與自然的關系不是斗爭而是相互作用和相互影響;人類工程活動不是改造自然而是如何順應自然。人類賴以生存的地球環境問題,工程地質學家和地質師都要認真關注,並勇敢地承擔起應盡的職責。
1 工程地質學科的起源與發展
工程地質學是研究人類工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地球科學。20世紀初,為了適應興建各種工廠、水壩、鐵路、運河等工程建設的需要,地質學家開始介入解決工程建設中與地質有關的工程問題,不斷地進行著艱苦的工程實踐和開拓性的理論探索,首次出版了「工程地質學」專著,工程地質學開始成為地球科學的一個獨立分支學科,工程地質勘察則成為工程建設中不可缺少的一個重要組成部分。二次世界大戰以後,全世界有了一個較為穩定的和平環境,工程建設的發展十分迅速,工程地質學在這個階段迅速成長起來了。經過半個多世紀的工程實踐和理論探索,工程地質學大為長進,內涵和外延都煥然一新,成為了現代科學技術行列中的重要分支學科。
中國的工程地質事業在解放前基本上是空白,建國後才有了長足的進步和發展。50年代初開始引進蘇聯工程地質學理論和方法,走過了我們自己的工程實踐和理論創新的輝煌歷程,形成了有自己特色的工程地質學體系。特別是在水利水電行業,舉世矚目的三峽、小浪底等特大型水利樞紐工程的開工建設,瀾滄江、紅水河、雅礱江、烏江、黃河等大江大河眾多大型梯級水電站的興建,以及若干正在開展前期工作的其它水利水電工程,充分積累了在各類岩性地區和各種復雜地質條件下進行地質工作的豐富經驗,建立了一套比較完整的工程地質勘察規程規范。重大工程建設不斷地將數理學科的新成就和高新技術及時吸收進來,極大地豐富了工程地質學科的內容,有力地促進了工程地質學科的發展,使我國工程地質學達到現代科技水準,逐漸成為國際工程地質界的重要成員之一。
今天,工程地質專業學科的內涵已經遠遠超出了傳統工程地質定性描述和定性評價的范疇,發展成為集多種勘探手段去獲取基礎性地質資料,並對這些資料進行歸類匯總、整理分析、定性評價、定量評價、地質預測、工程措施的建議等等既特殊又復雜的綜合性專業。任何一個成熟的設計師,都會清楚地意識到工程地質專業在工程設計中的重要位置。無數重大工程成敗的實例足以證明工程地質專業在工程建設中的權威性。
在學術界,有國際工程地質學會,國內的中國地質學會、中國水利學會和水力發電工程學會等全國性學術組織都專門設立有工程地質專業委員會,水利水電行業中全國性的學術組織還有「水利水電工程地質信息網」。此外,全國性的勘測技術協會主要還是工程地質專業。這些學術組織為我國各行各業的工程建設作出了重大貢獻,發揮了巨大作用。
2 水利水電工程地質的特點
2.1 特殊性與復雜性
在水利水電、電力、工民建、交通、港航、航天、航空、地礦、市政建設等等凡是存在土建工程,要與地質體(地基)打交道的行業,都有工程地質專業,因此,我們稱工程地質專業是工程建設的基礎性專業,是不必爭議的。由於水利水電工程建設自身的特殊性和復雜性,使得水利水電工程地質又是所有這些不同行業的工程地質專業中涉及面最廣、問題最復雜、任務最艱巨、聲望最高、最具權威性的業界龍頭。
水利水電工程建設的特殊性首先表現在工程建築物的特殊性。工業與民用建築到處可以見到基本相同甚至完全相同的建築物,可以部分或全部套用標准設計圖紙。而水工建築物則不然,世界上有成千上萬座水庫大壩,你就很難找到兩座完全相同的大壩。決定大壩的規模、壩型、結構等工程要素的自然條件很復雜,而工程地質條件則是最主要的自然條件之一。水工建築物的第二個特殊性是與水打交道,所承受的主要荷載是水荷載。水利水電工程不允許失事,一旦失事,損失將十分慘重。
水利水電工程建設的復雜性主要表現在工程規模大,專業多,涉及面廣,投資大,工期長,建築物的形式、結構、功能、荷載組合等等都十分復雜,特別是大型特大型水利水電工程更是如此。例如舉世矚目的三峽水利樞紐工程,涉及到中國的政治、經濟、社會、資源、環境、文化等方方面面,你很難找到其它基建工程可以等同於這樣的水利水電工程。因此,水利水電工程地質專業的特殊性與復雜性是由水利水電工程建設的特殊性和復雜性所決定的,同時,工程區自然地質環境的復雜性也決定了這個專業的技術難度。
2.2 實踐性與經驗性
水利水電工程地質的另一特點是強烈的實踐性與經驗性。在中國水利學會勘測專委會1999年度學術研討會上,工程地質界知名前輩專家天津院的李仲春教授語重心長地警示工程界:工程地質這個專業太難了,工程地質決策不是通過計算和試驗所能左右的,很大程度上取決於我們的工程經驗,即是十分成功的工程,也很難證明它既安全可靠又經濟合理。李仲春教授的肺腑之言充分表達了工程地質專業的實踐性與經驗性的深刻含義。
工程地質理論上的任何一項新進展,新方法,新技術,都必須通過大量試驗研究、分析論證和工程實踐的檢驗。例如,近二十年來隨著數理基礎學科和計算機技術的發展,壩基、洞室和邊坡穩定性分析計算的理論和方法有了長足的進展,但是這些計算成果仍然只能是工程設計和決策的一種參考,因此在工程界有一種通用說法:不可不信也不可全信。許多工程實例足以說明採取慎重態度的必要性。有些工程從分析計算上看是安全的,實際上卻出了問題;而另一些工程通過計算認為不安全,但卻安全運行了數十年。因此我們搞工程建設,工程經驗往往又是起決定作用的。
2.3 工程地質問題的長期性與隱伏性
水利水電工程地質的第三大特點:在地質體中留下的工程隱患具有長期性和隱伏性,甚至具有不可預見性。法國Malpasset拱壩失事和義大利Vajont水庫大滑坡,均為水工史上震驚世界的慘痛教訓,其地質隱患在整個勘測設計施工的全過程中沒有絲毫警覺。葛州壩工程壩基軟弱夾層問題導致工程停工,重新補充勘探並對設計進行重大修改。南盤江天生橋二級水電站廠房建在一個古滑坡上,開工後實在施工不下去了,搬出滑坡體後又位於另一個滑坡體的腳下。該電站的引水隧洞工程地質條件更是復雜得令建設者們防不勝防。由於地質體中留下的工程隱患造成的工程事故,輕則修改設計,重則工程報廢,或造成生命財產的重大損失,這樣的例子實在太多,舉不勝數。
2.4 工程地質測不準原理
著名的量子力學測不準原理:「不能同時測准粒子在某一瞬間的速度和位置」。我們不妨借用這個原理來揭示工程地質的一些本質性問題。事實上,地質體中的某些性質的確是測不準的。例如某一組結構面的產狀,你只能用一個區間值來表述,如果僅用一個確定值來表述則肯定不符合客觀實際。又如工程地基岩體的物理力學參數,它只能是一個區間值或統計值,因為地質體中每一點的性質都可能是變化的。地質參數精確到某一個具體數值的時候,千萬不要把它當成是絕對准確的,否則會誤導精確評價的可信性。據此,我們可以將工程地質測不準原理表述為:「地質體的工程性質不可能用絕對准確的參數來確定,它們只能是通過地質測繪、勘探、試驗、分析、統計和經驗判斷後提出一個建議區間值,供設計師根據建築物的性質在這個區間值中選取設計採用值」。近二十年來,概率統計、模糊數學、灰色理論等數理學科廣泛應用於工程地質分析領域,可以說是對工程地質測不準原理的有力支持。有些設計師不能理解地質師為什麼只能提出區間值,而不提出確定的數值,當他們對測不準原理透徹理解之後,這種疑問將會自然消除。3 工程地質的技術進步
工程地質勘察技術近二十年來有了長足的進展。測量、物探、鑽探、試驗等在儀器、設備、新技術、新方法、新手段方面不斷推陳出新,為工程地質提供了強有力的技術依託。由於有了各種新技術的支持,工程地質分析從定性到定量就成為可能。定量分析的新理論層出不窮,在學術界十分活躍。
計算機技術的發展對工程地質來說是一場真正的技術革命,從外業資料收集和內業資料整理的工作程序、工作方法、產品成果、質量標准等等均與傳統的工程地質有較大的差異,應用前景振奮人心。「工程地質計算機應用技術協作網」業已正式成立,必將對工程地質技術進步起到積極的推動作用。工程地質計算機應用主要包括六大課題:①數值計算;②制圖;③資料庫;④文檔管理;⑤專家系統;⑥網路系統。這六大課題既是多年來本專業計算機應用的實踐,也是我們將繼續探討的主要課題,還需要在今後的實踐中賦予新的內涵。
4 工程地質專業的任務與責任
工程地質專業的主要任務是:①選址,選擇在地質條件上相對最優的工程建築地區或場地;②評價,闡明工程建築區或場地的工程地質條件,進行定性和定量的工程地質評價,准確界定工程地質問題;③預測工程建築物興建和運用過程中地質條件的可能變化,為研究改善和治理工程地質缺陷的措施提供依據;④調查工程建築物所需的天然建築材料等。歸納起來的表述:為工程建設提供基礎性和專門性地質資料,為工程選址、建築物設計以及不良地質條件的工程處理提供技術依據,同時對地質環境的變化作出預測。
為了完成以上任務,需要針對工程建築物區進行工程地質勘察和工程地質分析,界定和研究主要工程地質問題。工程地質勘察需要勘察目的明確,工程概念清晰,勘察手段多樣,勘探精度滿足要求。工程地質分析要求方法正確,計算可靠,參數可信,建議措施符合工程實際。工程設計最關心的是建築物地基的工程地質條件和物理力學性質,因此工程地質工作的最終體現是工程地質定性和定量評價。
工程地質專業只對提交給設計採用的地質資料負責,其物理力學參數也僅僅是建議值,不在建議值范圍之內的設計採用值和不適應地質條件的設計方案,地質師不負責。但是,地質師有責任對不符合或不適應地質條件的設計方案提出質疑,對可能存在的工程隱患要與設計師充分交底,對不良工程地質缺陷有責任提出工程處理措施的建議。
一般說來,正規勘測設計院的勘測隊伍,已經過幾十年工程實踐的檢驗,在正常情況下都可以完成以上任務並盡到地質專業的責任。本文以下章節列出的工程地質工作中存在的若干問題,是歸納了筆者從事工程地質工作十多年來的所見所聞,供地質師們分析問題時參考。
5 工程地質工作存在的問題與對策
5.1 工程地質勘察的質量問題
在工程地質勘察過程中,一般問題較多的是工程概念不清,勘探側重點不明確,針對性不強,方法不當,手段落後;工程地質分析工作中所選擇的理論、方法、計算公式等與實際情況有較大出入,其適應條件的物理意義混淆不清;地質報告中基本地質條件不清楚,主要工程地質問題界定不準確或論證不充分,有問題遺漏甚至結論性錯誤;有些地質報告沒有地質結論,也有些工程沒有做多少地質工作就先下結論,極不嚴肅。此類問題往往造成階段性工程審查不能一次性通過,可能延誤開發時機;或者盡管通過了審查,但卻給工程留下了隱患,這種情況的危險性更大。
5.2 相關專業的理解問題
一種情況是地質師對其它專業不理解,這需要加強跨專業的學習。另一類現象是設計施工等相關專業對工程地質的不理解。有的不懂地質卻偏要提出一些不切實際的勘探要求,有的工程由設計人員來布置地質勘探工作;有的設計人員對地質專業知其然不知其所以然,自以為是包打天下,不結合地質條件設計不當;也有的是不尊重自然地質規律,野蠻施工,嚴重破壞地質體的自然結構,造成重大工程事故。所有這些非地質專業的問題,往往在出了問題之後又向地質專業推卸責任,令地質師們不知所雲。工程地質界知名專家學者孫廣忠教授指出:「實際上,在地質工程實踐中脫離地質實際的實例隨手可拾,可以說,地質工程施工中出現事故的絕大部分是設計和施工脫離地質實際的結果,或者是對工程地質條件沒有搞清楚或認識不清的結果,如果離開了地質基礎,則其理論必將脫離地質實際必將作出錯誤的結論」。
潘家崢院士等前輩專家早已強調過地質學水工,水工學地質。足以可見專業之間的交叉滲透問題,早已被專家們的真知灼見道出了關鍵,就看我們作何行動。
5.3 勘測周期不合理的問題
從工程地質勘察到地質報告的提交需要一定的工作周期,這是再簡單不過的道理。但有些工程沒有基礎性的前期投入,一旦要報項目,立即就要求提交地質報告;還有些工程是今天提交了可研報告,明天就提交初設報告。此類情況多為地方性工程,一般國家投資的大型工程出現這種局面的不多。沒有足夠的勘測周期所造成的後果是嚴重的,地質條件不清楚,投資控制不住,施工後修改設計,或由於地質問題造成承包商巨額索賠等等。更可怕的是留下了工程隱患,可能造成重大工程事故。
5.4 規程規范的問題
規程規范的問題較多,甚至產生了一些混亂。水利系統與水電系統的勘測設計階段不一致,規程規范也有區別。歷經十多年的編寫報批,1999年才頒布的國家標准《水利水電工程地質勘察規范》,在勘測程序和新技術的應用方面都已經明顯地落後於時代的發展,一經頒布實施就難以把握。更為令人難以理解的是另一部國標《岩土工程勘察規范》並不完全適合於水利水電工程地質,而建設部的一些工程勘察監督機構則以此為依據對水利水電勘測設計單位實施質量檢查,使勘測單位不得不準備滿足兩種規范的兩套地質報告分別對付審查和檢查。規程規范的修訂和出台周期太長,完全不能滿足工程建設的需要。水利與水電分家之後,對於工程地質這個專業來說其工作性質是一樣的,但卻存在不同的技術標准和勘測程序,這種情況還要繼續下去,需要尋求解決或協調方案。
5.5 人才問題
文革十年造成的人才斷層已經出現。有豐富工程實踐經驗的前輩地質師相繼離崗,各勘測設計院明顯缺地質總工人才,八十年代期間各院比較整齊的地質副院長和院級地質總工,近年來在一些勘測設計院已經相繼斷檔,或後繼無人,或後備人才尚不成熟。勘測行業不景氣,社會地位和經濟地位與工程地質專業不相適應,工作環境、工作條件的局限,人才資源開發機制的問題,擇業行為中的浮躁動機等等,都不同程度地影響著優秀地質師的成長。
高質量高水平的工程地質分析成果,出自於高水平高素質的地質師。有人說二、三年就可以培養出地質專家,實屬無知。要培養出一個具有工程地質分析能力,能夠解決復雜問題的地質師,沒有十年以上的功夫,大量的工程實踐,自身的敬業精神,理論聯系實際,相關學科專業的學習和滲透,是決不可能的。十年樹木百年樹人,在地質師的培養過程中可以充分體現出來。培養優秀地質師的難度可以說遠遠超過培養博士、研究員和教授的難度。
社會的發展和日趨激烈的競爭市場,對地質師素質的要求也將越來越高,最好是跨專業的復合型人才。競爭的實質是人才的競爭。勘測隊伍要走向市場,必須重視高素質人才的培養,重視人才資源的開發。
5.6 技術管理問題
工程地質勘察質量的控制,技術管理是主要環節之一。近年來一些單位提交的勘測設計報告中的地質章節不是地質師寫的,報告的編制人中沒有地質專業負責人,或地質報告沒有院級地質負責人審查把關,報告和圖紙中的錯誤較多。這種情況給總院增加了審查難度,同時也有損勘測設計單位的質量和水平形象,還會延誤工程報批的時機。當然也有上級單位工程審查把關不嚴,助長了這種技術責任心不強的現象。
5.7 其它問題
前期工作投入不夠,有些地方部門長期拖欠勘測經費;體制問題,市場競爭不規范,非水利水電勘測單位從事水利水電勘測工作存在工作方法、技術要求和工程地質評價等方面的差異;勘測工作經費仍然按落後的實物工作量計算,造成多勘探多爭錢,地質分析多出力多賠本的事實上的不合理現象,長期以來得不到解決。勘測技術的科技含量低,新技術新方法投入少,不能滿足現代工程技術發展的要求。
5.8 今後十年將進入工程事故的高發期
鑒於對以上若干問題的擔憂,今後十年有可能是我國水利水電工程事故的又一個高發期,這一悲觀性預測有些危言聳聽,但願不要成為被不幸言中的事實。
5.9 解決問題的對策
解決問題首先要分清責任。規程規范和部分技術管理方面的問題應該由總院負責;勘測周期不合理,前期工作投入不夠等問題應該是地方部門或者計劃部門負責;質量、人才、相關專業的協調等問題自然應該由勘測設計單位負責;其它問題大家都有責任,但主要還是取決於大環境。
責任分清楚了,落實到要有人來抓,所有問題雖然我們不敢說都能很好地得到全面解決,但至少可以前進一大步。最可怕的是大家都在暢談必要性重要性,結果都是紙上談兵,沒有實際行動。筆者在這里也就是誇誇其談而已,不可能提出可以操作的具體解決方案,這種方案也不該我們提,該誰提?當然應該是誰負責抓,誰就提方案追落實精指揮勤檢查,最終歸結到誰領導的關鍵問題上。到此為此,我們的對策就算出台了。
其實,我們這里列出來的眾多實際問題,本質上和深層次的是體制和機制問題,需要通過改革才能從根本上解決。隨著勘測設計市場化進程的加快,新技術與舊管理的沖突,老觀念與新思想的交鋒,既是矛盾又是改革的動力,這是不難理解的。
6 工程地質要抓住機遇迎接挑戰
汪恕誠部長曾經講話強調:「不能老修改設計,因為搞招投標尤其是國際合同,修改設計就意味著被索賠」。少修改或不修改設計,是對工程地質提出的更高要求。基本地質資料不準,修改設計就是必須的。高標准嚴要求就是挑戰和機遇。
人類社會的進步與發展,實際上又是一部人與自然相互協調和相互影響的壯麗史詩。以前我們把人與自然的關系當成是與天斗與地斗的斗爭關系,實踐證明,人與大自然斗爭的結果,雖然取得了一些局部性的小勝利,而大自然反過來對人類的懲罰卻是災難性的。人類的每一次產業革命,無不與工程建設有直接關系,與地質環境有直接或間接關系。建國以來,我國的基本建設此起彼伏,水利水電工程建設從無到有,新一輪的建設高潮正在興起。在多專業組成的基建隊伍這個龐大樂團中,地質師要起到指揮和首席演奏家的作用,甚至還要擔負起獨奏華彩樂章的作用。
盡管工程地質學科正在經歷著前所未有的挑戰,工程地質工作也存在著這樣那樣的問題和難題,然而這更是機遇。抓住機遇迎接挑戰,順應自然,保護環境,防止災害,造福人類,是工程地質學家和地質師的艱巨任務和不可推卸的責任。主要參考文獻:
1 王思敬,工程地質學的任務與未來,《工程地質學報》1999年第3期
2 崔政權,《系統工程地質學導論》水利電力出版社,1992.5
3 孫廣忠,論地質工程的基礎理論,《工程地質學報》1996.第4期
4 黃鼎成等,《走向21世紀的中國地球科學》河南科技出版社,1995年10月
5 張明定等,《水文地質與工程地質的系統思維》西北工業大學出版社,1993年12月
6 陳祖安,工程地質學,《中國電力網路全書水力發電卷》中國電力出版社,1995年5月
7 韋港,水利水電工程地質實例剖析,《工程地質-面向21世紀》中國地質大學出版社,1997年11月
8 陳祖安等,水利水電工程地質計算機應用概述及設想規劃,《水利水電工程地質》1995年第1期
9 韋港、冀建疆,關於堤防工程地質勘察規程中若干問題的探討,《水利水電技術》1999年第10期
10 瑞德尼克[蘇],《量子力學史》科學出版社,1979年9月轉貼於 中國論文下載中心 http://www.studa.net[首頁]
⑼ 工程地質學的發展及地質工程學的形成
地質工程學是工程地質學發展形成的新的分支學科,實際上是工程地質學和土木工程學的邊緣雜交學科。因此在研究地質工程學之前,有必要回顧一下工程地質學的發展。
工程地質學研究已經經歷了三個階段:
第一階段:20世紀60年代以前,以工程地質條件研究和質量評價為主要工作。一方面是對作為工程建築載體、工程建築材料、工程建築結構的地質體質量評價;另一個方面是對作為工程建築環境的地質環境質量評價,這階段的評價主要是定性的。在20世紀60年代末,世界各國大體同時都開始了工程建築中能否出現地質災害,或者說能否出現工程地質災害的成災條件研究,開始了成災預報研究工作。
第二階段:開始於20 世紀60 年代末,以開展地質體穩定性分析為特徵的工程地質災害預測預報研究階段。如谷德振教授在20 世紀60 年代末開始提出地基穩定性、邊坡穩定性、地下洞室穩定性評價研究課題;20 世紀70 年代他進一步提出地基穩定性、邊坡穩定性、地下洞室穩定性、山體穩定性、地殼穩定性評價研究五大課題,開始了工程地質研究的第二階段。當時研究內容主要是穩定性評價。實際上開始了工程地質預報研究工作。
第三階段:20世紀80年代以來出現了許多新技術(實際上60、70年代也零星地在做),「中國岩土錨固工程協會」和中國岩石力學與工程學會下成立了「岩石注漿與錨固工程分會」,大力開展不良地質條件改造。工程地質發展第三階段是以工程地質災害預測預報及地質災害防治、施工地質超前預報和地質體改造等主要課題為特徵的地質工程研究階段,明確地提出了地質監控施工法。地質監控施工法的核心就是超前地質預報和超前地質體改造,而超前地質預報和超前地質體改造正是工程地質工作進入第三階段的重要標志。這樣,今天的工程地質工作已經不僅僅作工程地質條件評價、各類地質工程穩定性評價或工程地質預報,而且還應該研究不良地質條件的改造及地質工程施工問題。今天已經有一些辦法能夠對不良的地質體進行改造,使之適應工程建築的要求。過去解決地質體不穩定的辦法主要是支護,不讓它失穩,這種做法現在看來是不夠的。今天可以進行地質體改造,使之滿足工程建築要求。地質體賦存環境也可以改造,改造後的地質體照樣可以建築工程,這樣工程地質就發展到以工程地質超前預報和地質體改造為核心的地質工程階段。
事物的發展總是經過漸變到突變。人類的認識也是經過漸變到突變產生飛躍。人們對地質工程的認識也是經歷了這樣一個過程。在工程地質學發展的第二階段,工程地質工作者和岩土力學工作者在認識上已經孕育著地質工程的意識,提出地基穩定性、邊坡穩定性和地下洞室穩定性課題就意味著孕育著地質工程的意識。具有工程地質和岩土力學雙學科知識的工作者是這個認識的先覺者。有文字記載的則有1974年Hock E.和Bray J.W.發表了《ROCK SLOPE ENGINEERING》專著,明確地提出了「岩石邊坡工程」概念。首次把岩體邊坡作為工程來研究,他的主要工作也是在地質基礎上對邊坡進行岩體力學研究。Hock E.的岩體邊坡工程概念對工程地質學的發展和地質工程的形成具有很大的推動作用。1976年R.E.Goodman,發表了《METHOD OF GEOLOGICAL ENGINEERING IN DISCONTINUOUS ROCK》專著,首先使用了「地質工程(Geological Engineering)」術語,他提的地質工程方法實際上是岩體力學與工程地質相結合進行工程地質工作的方法。1983年著者在主持「大同煤礦堅硬頂板有控壓裂放頂理論和技術研究」課題中首次提出了岩體結構改造概念。1984年在第二屆全國工程地質大會上提出了岩體改造原理,同時提出了「工程地質、岩體力學和地質工程三位一體」開展工作的學術思想,在中國率先提出了「地質工程」命題。1986~1989年主持了「大秦線軍都山隧道快速施工地質超前預報」課題,並在這項工作中提出了以地質為基礎開展地質預報,其中包括超前預防,實際上深化了地質體改造理論,深化了地質工程概念,明確地提出了地質工程定義是「以地質體為工程結構,以地質體為建築材料,以地質環境為建築環境建築起來的一種特殊工程」。1990年10月著者應葛洲壩水電工程學院的邀請,在宜昌開辦了「工程地質與地質工程」講座,對著者關於地質工程的認識進行了系統的總結,1993年出版了《工程地質與地質工程》專著,這本書是著者對地質工程認識的一次升華,該書對地質工程定義、地質工程特性、工作內容、工作方法進行了系統的論述。1996年出版了《地質工程理論與實踐》一書,系統地論述了地質工程概念、定義、理論和方法,明確地提出了地質工程的基本原理是「地質控制論」,闡述了地質工程理論體系。
從20世紀90年代初開始,中國出現了地質工程公司,地質工程勘察設計院等機構,實際上已經出現了地質工程行業。1997年6月國務院學位委員會和國家教育委員會在聯合頒布的「授予博士、碩士學位和培養研究生的學科、專業目錄」里正式提出了地質工程學,現在地質工程已經不僅是一個行業,而且已經形成為一個學科了。一個學科的形成必須具備三個條件,這就是有特定的研究對象,有獨特的理論,有專門的技術手段。對地質工程學來說,這三者已經具備了。地質工程的研究對象是以地質體為工程結構,以地質體做建築材料,以地質環境作為建築環境的特殊工程建築;地質工程的基本原理是地質控制論;地質工程建築的專門技術:地質超前預報技術和地質體改造技術已經形成了。今天來說,地質工程學已經形成為一門獨立學科是客觀存在的。
⑽ 地質工程學是工程地質學和土木工程學交叉的一個新生長點
當前,重大工程建築中出現的災害性事故與地質有關的比例越來越大。出現這一情況的原因有兩個:一方面是與工程地質勘察工作深度不夠和質量不高有關;另一方面是與設計、施工對工程地質勘察資料認識不足和設計方案、施工措施對地質條件針對性不強有關。這些問題是怎麼造成的呢?我們認為是地質勘察與設計、施工相互脫節造成的。這里強調的是相互脫節,不是單方面造成的。一方面,地質勘察工作不夠深入,對一些不良的地質條件沒有查清或由於對所從事的工作性質認識不深,對所需要的地質資料的要求深度認識不夠,以至地質勘察取得的有用資料不夠齊全,從而使設計上不好用造成的;另一方面,在設計上對所從事的工程性質認識不清和對所從事的這類工程對地質條件的依賴性不認識,而對地質的重要性認識不足或對地質勘察資料消化不夠造成的。這個問題怎麼解決呢?我們認為應該把「地質工程」這個命題提出來,從兩個方面來解決,一方面工程地質工作者應該盡量提高對地質工程認識水平,拓寬工程地質工作領域,既要努力做好地質勘察工作,又要開展地質工程設計和施工工作,使所取得的工程地質工作結果能夠滿足地質工程建築的需求;另一方面設計和施工要提高地質工程建築對地質的依賴性的認識,這就要求既應認識地質體是工程結構的一部分或全部,地質材料就是地質工程建築材料,地質環境就是地質工程的建築環境,又要緊密地與工程地質部門合作,盡量防止設計、施工與地質脫節。因此,在進行地質工程設計、施工時,要充分考慮並利用地質體作建築結構、建築材料、地質環境是建築環境等實際情況,充分利用地質體自穩能力進行地質工程建築。在地質體自穩能力不足時,要想辦法對地質體改造加固或對其賦存環境條件進行改造,使之滿足地質工程建築的需要。這樣就提出另一個重要課題,即地質體改造問題。據此,我們認為設計和施工需要轉變一下觀念,即從土木工程觀念轉到地質工程上來,要認識地質控製作用,建立用地質監控施工法指導施工的觀念。此外,地質工作者也要認識到地質勘察和地質試驗都是為地質工程建築服務的,要積極參與地質工程設計和施工工作,積極開展地質工程工作,運用自己取得的地質勘察、試驗結果進行地質工程設計和施工。這樣,地質、設計、施工就會逐漸地走到一起來了。將來的發展方向是工程地質工作者要將地質工程勘察、設計、施工三部分工作作為一體承擔起來,這是工程地質科學的一個新的發展方向,也是工程地質與土木工程相互交叉、相互滲透的一個重要生長點——地質工程。
從工程地質學科發展來說,地質工程學是工程地質學的新的生長點,是工程地質學的新發展;從工程實踐來說,工程地質工作是認識世界,地質工程工作是在認識世界基礎上改造及保護世界。從這層意義上來說,工程地質工作是地質工程工作的一個重要組成部分。地質工程工作必須在查清建築區工程地質條件基礎上進行設計和施工,才能確保地質工程建築的成功,這是工程地質和地質工程工作的辯證關系,不論工程地質工作者或地質工程工作者都必須清楚認識和牢記這一點,應該把工程地質工作是認識世界,地質工程工作是在認識世界,地質工程是工程地質學和土木基礎上改造及保護世界這句話作為座右銘。從歷史發展來說,工程學相互交叉的新的生長點;從學科構成來說,地質工程學則包含了工程地質學,即地質工程學為一級學科,工程地質為地質工程學下面的二級學科,這是新的發展。