中国工程地质学的研究现状

经过近50年的发展,中国工程地质学已成为一门具有丰富研究内涵、严谨理论体系和中国特色的综合性学科,是国际工程地质学界的重要成员。

纵观中国的工程地质研究领域相当广阔。主要方面如下:

1.岩体工程特性研究与岩体工程地质力学的建立。

大量的岩体工程实践遇到了地下工程的地基、边坡和围岩的变形破坏,促使工程地质学家、岩石力学家和土木工程师重视岩体介质特性的研究,认识到岩体和岩石都是本质不同又相互联系的介质。著名工程地质学家顾德珍及其同事在一系列岩体工程调查中发现,岩体的力学性质和行为主要受软弱结构面的分布控制,包括层理面、裂隙面、节理和片理,使岩体成为不连续、非均质和各向异性的介质。他们从地质构造入手,划分工程地质岩组,运用地质力学理论和方法研究结构面的形成机制和空间分布规律,进而研究岩体的结构特征,划分岩体的结构类型。然后根据不同结构类型和工程建筑的要求,进行岩石力学试验和测试。最后,根据岩体的结构特征和力学性质,建立力学模型进行数学模拟和稳定性分析。将工程地质学、地质力学和岩石力学有机地结合起来,建立了岩体工程地质力学。其理论体系、研究思路和方法在世界上独树一帜。

从80年代中期开始,中国科学院地质研究所与国内学者合作,成立了工程地质力学开放研究室,开展工程地质前沿课题和生产中需要解决的问题的研究工作,每次学术委员会会议都要讨论工程地质的发展趋势和科研方向。无形中成为中国工程地质学的研究中心,推动中国工程地质学的不断发展。

二、区域工程地质与区域地壳稳定性研究

我国幅员辽阔,受地质和自然地理条件制约,区域工程地质条件复杂。因此,区域工程地质研究对土地资源开发利用、工程规划布局、地质环境保护具有重要意义。早在20世纪50年代末,、张、蒋大全等老一辈工程地质学家就开展了这项研究工作,出版了专著,编制了全国工程地质区划图。几十年来,在我国西南和西北的主要江河流域、部分省区和山区进行了系统的区域工程地质和环境地质研究,积累了丰富的资料。经过几年的努力,任主编的《中国1 ∶ 4,000,000工程地质图》于1990年首次出版,并附有全国工程地质区划图。1992年,段主编的《1 ∶ 6万中国环境地质图集》出版,工程地质内容为主要内容。标志着我国区域工程地质环境研究取得了丰硕成果。

“区域地壳稳定性”一词最早是由前苏联的工程地质学家提出来的,但没有得到解释和专门研究。20世纪50年代末,中国学者顾德珍和刘国昌倡导这项研究工作。其含义是指岩石圈中正在进行的地质和地球物理作用对地壳表层和工程建筑安全的影响,即现代地壳活动对工程安全的影响程度。其研究思路是以地质力学理论为指导,强调在地质构造研究的基础上,以断裂活动、现代地应力场和地震活动为主要研究内容,最终进行区域稳定性分类、分区和评价。在这一研究领域,胡海涛等人根据李四光的“安全岛”思想指导重大工程选址,取得了重要成果。比如二滩水电站和大亚湾核电站的成功选址就是。区域地壳稳定性研究对中国工程地质勘查具有特殊意义,也是世界上具有中国特色的前沿研究领域。

三。环境工程地质与地质灾害研究

环境工程地质学是现代工程地质学的一个分支,研究人类工程经济活动引起的区域工程地质效应,危及人类和工程安全。这些有害的工程地质作用是诱发地震、地面沉降、土地沙漠化、滑坡和泥石流,这些往往会引发地质灾害。环境工程地质学是研究这些影响(或问题)的机理和条件,预测和预防,其目的是合理利用和保护地质环境。中国环境工程地质的正式研究始于20世纪60年代新丰江水库地震和上海地面沉降。自20世纪80年代初以来,* * *已召开了四次全国环境工程地质研讨会,内容丰富多彩。一些研究成果在世界上处于领先地位。比如上海地面沉降防治和区域滑坡预测模型。1995年刘撰写的第一部《环境工程地质学导论》出版,全面论述了环境工程地质学的理论体系、基本研究内容和各种环境工程地质学作用的内容与方法,展示了环境工程地质学的前景。

与环境工程地质相关的地质灾害研究也主要由工程地质界承担。近十年来,危害人类和工程安全的各种地质灾害得到了广泛而深入的研究。1989年6月召开的全国地质灾害防治工作会议期间,成立了以工程地质学家为主的全国地质灾害研究会,次年创办了《中国地质灾害与防治》杂志,促进了地质灾害的研究,及时交流了地质灾害的分类、形成机制、分布规律、预测方法、防治对策和措施等方面的研究成果。90年代编制了中国地质灾害图,出版了段的专著《中国地质灾害》。众多的研究成果和著作,以及具体防治项目的成功,奠定了中国在该领域的国际地位。

第四,研究特殊土的结构和工程特性

借助现代化的测试技术,我国特殊土的微结构和工程特性研究也取得了很大进展。所谓特殊土,是指具有特殊成分和结构、特殊工程(地质)性质的土。我国几乎所有的特殊土都有分布,如粉土、黄土、膨胀土、盐渍土、红粘土、冻土等。它们的分布是区域性的,所以也可以称为区域土。由于特殊的不良工程性质,对当地工程建设和生命财产安全具有重要意义,促使学者们开展这方面的研究。这里特别需要指出的是,张宗虎、高、黄希龄、孔、李等学者长期以来对黄土、膨胀土、粉土等进行了卓有成效的研究,对其微结构特征及分类、物质组成、工程特性及指标、建筑物稳定性评价及处理措施等进行了深入研究。

五、工程地质勘察的理论和技术方法

工程地质为工程建设服务是通过勘探工作来实现的。工程建筑与其地质环境之间存在矛盾关系,只有通过工程地质勘察才能搞清楚。50年来,无数大大小小的工程建筑通过勘察积累了丰富的经验和教训。总的来说,我国工程地质勘察经历了三个历史阶段:第一阶段是1966以前,勘察体系由全面学习苏联转变为独立发展,勘察工作严格按照规范要求进行,为一批国家重大基本建设项目提供了地质依据。当时在选址和场地评价中,重点是对工程地质条件的阐明和定性评价。第二阶段从1966到1978。文革期间,工程地质勘察受到严重干扰和异常,破坏了基本建设程序。一些大型项目采取勘察、设计、施工“三边”政策,盲目简化勘察程序,一些重大项目实际上进行一次性勘察,造成严重损失。如葛洲坝水利枢纽、焦枝铁路、第二汽车厂等。第三阶段(1978)以来,在以经济建设为中心的改革开放时代,形成了较为完整的工程地质勘察体系,制定了新的勘察规范,勘察质量有了较大提高。土木工程方面,引入欧美国家的岩土工程技术体系,两种技术体系并存。一些重大项目采用国际招标的方式引进国外先进的勘察技术和资金。工程地质调查进入了一个新的历史阶段。

经过几十年的实践和理论研究,我国工程地质调查理论体系逐步形成和完善,即“以工程地质条件研究为基础,以工程地质问题分析为核心,以工程地质调查技术方法为手段,以工程地质评价和决策为目的。”这一理论体系在张、王思敬、主编的《中国工程地质》中得到了充分的体现。可以说,在上述勘察理论体系的指导下,我国工程地质勘察取得了举世瞩目的巨大成就。比如三峡、小浪底、二滩、刘家峡、龙羊峡等一批巨型水利水电工程;大亚湾和秦山核电站;宝成、蓝欣、成昆、南昆、大秦、京九等铁路干线;还有很多新兴城市,矿山等等。高质量的勘察成果保证了工程的顺利设计、施工和运营,也得到了国际同行的好评。在调查的基础上,形成了水利水电工程地质、铁路工程地质、矿山工程地质、城市与建筑工程地质等专项工程地质系列。

目前,新的技术方法已在工程地质勘探中推广应用,并取得了良好的效果。比如遥感影像(航片)在工程地质填图中的应用;大直径钻探和小直径金刚石钻探在水电工程地质勘探中的应用,砂卵石层钻探取样新技术,套管钻探和岩心定向钻探技术;使用地球物理技术,如声波探测、地质雷达、地球物理层析成像(CT)、钻孔彩色电视记录和图像处理系统;计算机技术广泛应用于工程地质勘探、各种专用软件的开发等。

中国的工程地质教育已经蓬勃发展了50年。截至目前,全国已有十余所高校设立了培养工程地质专业人才的院系,为国家培养输送了大批研究生和本科生。此外,中国科学院地质研究所等科研机构专门培养工程地质专业的研究生。组建了一支宏大的工程地质专业队伍。在教学实践中,编写了一系列具有自身特色的工程地质学教材。高校和科研院所还承担了一些重大生产科研项目,不仅完成了生产科研任务,还培养了优秀的专业人才。

中国工程地质界与国际工程地质协会关系密切。80年代初,很多同事加入了国际工程地质协会,成立了中国国家组,与工程地质专业委员会一起工作。中国工程地质界积极参与国际工程地质协会组织的学术活动。从1983开始,我国组团参加历届国际工程地质会议,提交论文数量位居前列。目前,国际工程地质与环境协会主席是中国工程院院士王思敬教授。1998在荷兰阿姆斯特丹召开的第八届国际工程地质大会上当选此职,是我国工程地质的骄傲!