中国工程地质学发展的历史回顾(1949-2000)

伴随资源、能源开发和交通运输、城镇发展以及国防能力的提高,一系列规模不一、类型多样的工程建(构)筑鳞次栉比,工程师们对建筑工程的地质、材料、环境等知识的积累日益增长,植根于地质学理论基础上的工程地质学应运而生。从20世纪20年代,苏联普霍洛夫、泽米亚特钦斯基和伊万诺夫在彼得格勒为修建铁路而开始研究岩土算起,工程地质成为独立的学科也只有80多年的历史。毋庸置疑,工程地质学认识问题和解决问题的能力及其学科内涵的充实与提高,是与人类工程建设能力相关的,是与人们对地质环境的认识及其方法、技术手段密不可分的。工程地质学的发展及其贡献,是人类认识自然、利用自然、改造自然和适应自然能力的一种表现。

一个正确的认识,往往需要经过由物质到精神,由精神到物质,即由实践到认识,由认识到实践这样多次的反复,才能完成的。回顾中国工程地质学的创立与发展,就是-一个在广泛深入实践的基础_上逐步提高的艰苦劳动过程。它的发展轨迹与中国工程建设和整体科技水平提高的过程同步,大体上经历了四个阶段。

在地质学中的萌生时期(20世纪上半叶)

中国地质学家把自己的知识应用于工程活动,或者说属于工程地质范畴的工作,始于20世纪20年代丁文江所进行的建筑材料的地质调查。其后,1933年北方大港筹备委员会首次开展了港址地质勘察。同年,在道路建设方面开始了对甘新、滇缅、川滇公路和宝天线铁路地质调查,在此基础上林文英总结发表了《公路地质学之初步研究》和《中国公路地质概论》。1937年李学清等开展了长江三峡和四川龙溪河坝址的地质调查。20世纪40年代中后期,在水利工程方面曾对岷江、大渡河、瀚江、台湾大甲溪、黄河和其他水系进行了一些概略的考察工作。

1946年侯德封等会同美国水利工程学家萨凡奇考察三峡,开展了三峡坝区的地质调查。同年,在中央地质调查所成立了以叶连俊为主任的工程地质研究室。在这段时期里,尽管北京大学、中山大学、清华大学、南京大学设立了地质专业,重庆大学、西北大学、台湾大学、北洋大学和唐山铁道学院也开办了地质教育,但是直至1949年,全国地质专业毕业生仅600余名,从事地质工作的不过200余位,工程地质教育也仅仅体现在工学院土木系结合工程建筑讲授一些地质知识,谈不到工程地质学及其教育。在国弱民穷的那个年代,中国工程建设项目少,规模小,决定了工程地质事业难成,工程地质学在萌生阶段便得不到养分。但地质界老前辈的足迹及其对工程建设需要地质知识的感应,为中国工程地质学日后的兴起,留下了永远不忘的历史记录。

创立与发展阶段(20世纪50年代到70年代末)

1949年新中国成立,经过三年的恢复期后,便迅速进入了大规模的经济建设时期,百废俱兴,各种类型工程项目的实施激起了对工程地质科学的强烈需求。开始,地质学家一方面自主地把地质学知识应用于广泛的工程实践,另一方面引进并学习苏联工程地质学知识(此时,苏联已形成包括土质学、工程动力地质学和区城工程地质学组成的工程地质学学科体系)。在广泛的工程实践中,中国工程地质学家临渊履薄,餐风宿露,为一大批工程项目的顺利建成与安全运行做出了卓越的贡献。在认识工程地质条件、分析工程地质问题与工程地质评价工作过程中,形成了丰厚的科学积累,创立并不断发展具有中国区域特色的工程地质学理论、方法与技术体系,这是一个大量实践、艰苦探索的创立与发展阶段。

在这艰苦创业的30年中,工程地质学家先后在一批重大工程建设中,留下了深深的印迹。比如,治淮水利工程、黄河三门峡工程、官厅和密云水库工程、黄河流域与南水北调工程规划,以及丹江口、拓溪、刘家峡、新安江、乌江渡等水利电力工程;宝成铁路、武汉长江大桥、南京长江大桥、成昆铁路、贵昆铁路、襄渝铁路、湘黔铁路和川藏公路、青纖公路等道路工程;大治、抚顺、唐山、金川、攀枝花、白云鄂博等矿山工程;塘沽、湛江等港口工程和大量的工业民用建筑。特别是在大、小三线建设和国防、人防工程建设中“山、散、洞”的指导方针,使工程地质学家面对大量的高边坡、大跨度地下工程建设与防护需求的挑战,20世纪70年代末又迎来了高层建筑、核电工程和海洋工程发展的新机遇。

30年的时间,中国工程地质学从创立到发展为较完整的学科体系,所遇到的难题集巾表现在千变万化的工程建筑场所岩、土体的稳定性和地下水突出、渗漏与渗透稳定性。工程地质学家在了解区域工程地质背景和寻找工程建筑适宜场所、查明工程所辖范围的工程地质条件的勘测研究实践中,在自然历史观指导下,借助地质学理论与方法,追索地质体的地质成因和演化过程,认识地质体的工程特性,预测它在工程建筑作用下的行为。

逐步形成了以区域稳定性、地基稳定性、边坡稳定性和地下工程围岩稳定性为研究内容,以工程岩土体变形破坏机理为核心的工程地质评价与预测的研究框架;建立了地质力学与地质历史相结合,工程地质学与土力学、岩体力学、地震力学相结合的分析研究方法;广泛应用并发展了钻探、物探技术和钻孔电视、声波测试、原位大型力学试验、土层静力动力触探、模型试验以及计算机等技术。使中国工程地质学家在区域工程地质、复杂岩体特性及其工程地质问题、土体特性与特殊土类三大领域的研究和各类工程实践中,从地质成因和演化过程认识工程岩体(地质体)的结构及其赋存环境,从工程岩体(地质体)结构的力学特性及其对工程作用的响应入手,分析工程岩体变形破坏机理,进而评价与预测工程作用下岩体(地质体)的稳定性。创立与发展了以地质成因和演化过程为基础的工程岩体(地质体)结构和工程建设与地质环境相互作用为研究核心的中国工程地质理论、方法与技术体系。这一发展阶段的历史标志被认为是:

(1)一支活跃的勘测设计、教育和研究队伍的形成与壮大。1952年成立的北京地质学院、长春地质学院分别组建了水文地质工程地质系和工程地质教研室,1956年成都地质学院成立并组建水文地质工程地质系。此时,在南京大学、同济大学、唐山铁道学院先后设立了工程地质专业。自1952年开始煤炭、建工、水利电力、铁道、交通、冶金、机械工业、化工、军工和相关部门陆续建立了工程勘测设计机构。1955年地质部设立水文地质工程地质局。1956年中国科学院地质研究所和地质部地质科学研究院分别组建水文地质工程地质研究室、所.相关部门先后设立了专业性研究机构。一支由生产、教学和研究力量共同组成的,团结协作的队伍在短短的几年中迅速形成,并为工程地质学的创立与发展“开疆拓土”,不懈努力。

中国工程地质学发展的历史回顾(1949-2000)

(2)重要影响和奠基性的著作问世。20世纪60年代早期,按照“高教60条”的要求,北京地质学院、长春地质学院和成都地质学院,组织力量编写了工程地质专业课教材:张咸恭主持完成的《工程地质学》和张倬元等编写的《工程动力地质学》、刘国昌编写的《中国区域工程地质学》分别于1964年、1965年出版问世,初步构建了以工程地质条件研究为基础,以工程地质问题分析为核心,以工程地质评价为目的,以工程地质勘察为手段的理论框架。

1962年水利电力部水电建设总局和中国科学院地质研究所共同组织了,以谷德振为首的30多位工程地质专家,对全国120多个单项工程的地质资料进行总结研究,1965年成就了《水利水电工程地质》(1974年出版),构建了工程地质力学解决问题的基本途径。1979年谷德振《岩体工程地质力学基础》专著出版,进一步明确了岩体结构概念,认为“岩体是具有一定结构,它的力学特性和工程作用下的稳定性,是受其结构所控制的”,并在地质建造与工程地质岩组、构造形变与构造应力场分析的基础上,系统研究了岩体的结构分类、力学特性、质量评价和工程岩体稳定性。

(3)工程地质工作在工程建设中不可或缺的地位。1965~1966年,国家科委会同三线建设指挥部,组织了由谷德振(专家组长)、刘国昌、张咸恭、戴广秀等老一辈工程地质学家组成的专家组,对三线建设中的重大工程进行指导性考察。此举,反映了政府和工程界对山区建设中工程地质问题的高度重视,反映了工程地质学在工程实践中不可或缺的地位。当时,针对成昆铁路沿线高山峡谷众多、地质构造复杂、地质灾害险生的环境特性,所形成的“综合选线,地质当先,早进晚出,宁里勿外”的选线要诀,有着深刻的工程地质学内涵,至今仍为山区道路选线的方略。

(4)首届全国工程地质大会在苏州成功召开。1979年11月1~10日,中国首届工程地质学术大会在苏州成功召开,地质部副部长许杰专程到会并致开幕词,会议代表230余位同聚一堂,切磋学术,彼此交流。会议主要议题包括:区域工程地质、土体特性和土力学、岩体特性和岩体力学、各类建筑物的工程地质问题、技术与方法。在总结过去的同时,会议充满信心地提出了发展方向,即:深化对上层建筑与地基相互作用的理解,重视工程地质学、土力学、岩体力学的综合交叉,进一步提高工程地质学的理论研究;加强区域工程地质、地震工程地质、矿山工程地质、海洋工程地质、环境工程地质和工程地质动力学的研究与实践;提高技术方法的应用与发展能力。并对加强工程地质教育和队伍建设问题提出了建议。大会期同成立了以谷德振教授为主任委员的中国地质学会工程地质专业委员会,并组成了国家小组于同年加人了国际工程地质协会(IAEG)。

活跃的全面发展阶段(20世纪80年代~90年代中期)

20世纪70年代末~80年代初,中国经济、社会步入改革开放的发展时期,中国工程地质事业迎来了各行各业的协同发展,迎来了广泛的学术交流与合作,富有中国区域特色的学术成果走上国际讲坛,国外同行的学术思想也为中国I程地质学的发展提供支持。随着工程地质学和地球科学各分支学科的成熟与学科间交义渗透的兴起,以及现代观测、探测、试验技术与信息、计算机技术的发展与广泛应用:随着全球性环境与发展问题的突出与可持续发展的共同选择,中国工程地质学踏着时代的步伐,在广泛的工程实践中步人了活跃的全面发畏阶段。

在这大约15年的不平凡的岁月里,中国工程地质学界老、中、青协同而为,解决了一系列前所未遇的难题。工程地质学与诺多学科的知识成就了斑斓多彩的时代工程。诸如,葛洲坝水电工程、二滩水电站、龙羊峡水电站、天生桥水电站、长江三峡水利枢纽、黄河小浪底水利枢纽、秦山核电站、大亚湾核电站:南昆铁路、京九铁路、军都山隧道、大瑶山隧道、黄浦江大桥和过江隧道;一批平原和山区的高速公路和高性能机场;金川矿山、攀枝花矿山、兖州煤矿、抚顺西露天矿和江西的一批有色金属矿山;北京地铁和一大批城市高层建筑;海上石油平台和滨海港口码头工程以及链子崖危岩体防治工程等等。

在全国数以千计的重大工程建设中,工程地质学家们围绕矿山工程及其采掘技术、城建工程及其高层建筑与地下空间利用、高坝大库与高边坡工程、快速交通路网及其长隧道与施工技术,以及海洋工程和防护工程的建设。随着现代科学技术的进步与创新,不仅使已经形成的中国工程地质学理论、方法和技术得到广泛应用,并向纵深发展;而且随着可持续发展观的认同与共识,工程地质学进入了环境地质学境界,开拓了区域地壳稳定性、地质灾害与防治、地质工程研究领域;更值得注意的是I程地质工作从寻求适宜建筑场所走向寻求适宜和营造适宜的建筑环境,从过程认识向过程调控方向发展。中国工程地质学在这一阶段有五个方面取得重要的突破与进展:

其一,从区域背景、成因演化、物质成分综合分析和勘测评价与地质推理发展到岩体结构控制工程岩体稳定性、地基与上层建筑相互作用的工程地质过程研究,深化了对工程岩体变形破坏机理的认识,从描述、理解、评价向预测、预报延伸,并向过程控制方向发展。

其二,监测、探测、物理模拟、原位测试技术的进步和计算机技术的广泛应用与发展,数值分析与数值模拟兴起,加速了工程地质过程的综合集成分析和定量化进程,并使岩体结构类型的划分、岩土体质量的评价、岩土体变形破坏机理的认识和数值模型的建立、稳定性计算的原理与方法得到普遍提高。

其其,工程地质学与岩体力学和工程技术相融合,将工程建设前期的工程地质条件评价延伸到工程后效研究,从预测预报发展到施工监控和岩土体加固的地质技术,并迅速形成了以工程地质超前预报和地质体改造为核心的地质工程理论与实践。

其四,基于地区生产力布局的全面兴起和城市化进程的加速,推动了地区工程建设可行性评判对工程地质学的需求,基于航天航空遜感图像的地质应用,为这种研究提供了技术的可能,一方面与区域地质构造背粱和地质环境要素分析相结合,开拓了环境工程地质、地质灾害及其防治研究的新方向;另一面特别是高坝大库和核电站的建设,检进了区域工程地质研究与电鱺工程的进一步结合,成就了区域地壳稳定性的理论、方法和实践。

其五,软岩、膨胀岩、可落岩、风化岩、断层岩、胀缩土、红粘土、盐溃土、黄土、冻土、沼泽上和软土等特殊岩土的工程地质特性、评价和改良取得一系列新的进步。这一发展阶段的重要标志被认为是:

(1)理论建树与工程贡献双榛。国家经济的快速发展及其大规模的工程建设练就了一代新人,推进了中国工程地质学的全面发展。中国工程地质学不仅实现了为工程建设服务的价值,而且理论建树日丰。自20世纪80年代早期以来,谷振德、张宗祜、程国栋、胡海涛、王思敏、刘广润等先后被选为中国科学阮院土和中国工程院院士;常士照、陈德基、颇宝和、张苏民、卞昭庆、刘克远、范士凯、周良臣等被评为断察大师,数以百计的数授、研究员、高级工程师与旷大的工程地质工作者携手并进,活跃在教育、科研和生产战线上,从事创造性劳动。他们的成果融人了数以百计的工程项目和数以千计的著作之中。在此期间,出版了系列救材,包括:《工程地质学》(上、下册)、《工程地质分析跟理)、《工程地质勘察》、《工程地质学基础》、《专门工程他质学》.《工程岩土学》、《土力学》和《岩体力学》等。一大批工程总结和专著出版问世,如:《成昆铁路》、《矿东核电站规划选址区坡稳定性分析与评价》、《区域地壳稳定性研究理论与方法》、区城稳定工程地质》、《黄土高原区域环境地质问题及治理》、《蒙西地区工程地质环境》和《地下工程岩体稳定分析》、{坝基岩体工程地质力学分析》、边坡岩体稳定性分析》、《岩坡优势面分析理论与方法》、《浅生时效构造与人类工程》,《岩体结构力学)、《工程地质与地质工程》、(土的工程性质》、《中国黄土的湿陷性》.《岩客工程地质》、1:400万《中国工程地质图》和水利水电、矿山,公路、铁路、建工等一批专门领城的《工程地质学》专著或教材。特别是,始于20世纪90年代早期,由张成恭、王思敬、张倬元等著的,体现了现代工程地质学的鸿篇巨著一《中国工程地质学》于20000年问世。一大批手册、规范为工程地质勘测和工程设计、施工提供了规范性文件,如:《工程地质手册》、《地麓区工程选址手册》、《水利水电工程地质手册》、《铁路工程地质手册》和《水利水电工程地质勘察规范》(国家标准CB50289-99),《铁路工程地质技术规范》、(工程岩体分级标准》、《工业与民用建筑工程地质勘察规范》(T]--21-77)、《港口工程地质勘察技术妮范》、《建筑地基基础设计规范》(CBJ7-89),《建筑抗慢设计规范》(GBJUI--89)、《岩土工程勘察规范》(GBS0021-93)、《坑道围岩分类》、《土的分类标准》(GBJI45--90)、《土工实验规程》(SDS01-79)等等。在此期问,作者来自于各条战线、数以干计的科学论文在国内外相关刊物上发表,推进J工程地质学的快速发展。与此间时,继1957年(水文地质工程地质》杂志创办以来,《工程地质学报》、《中国地质灾害与防治学报》以及《岩土工程学报》和一批与工程地质相关的专业刊物的创办,为广大工程地质工作者的创新活动提供了知识、信息丰富的交流平台。

(2)与国际发展趋于同步。带着自己的成就与特色走向世界。自1979年开始、中国工程地质学家陆续组团参加了与工程地质相关的国际讨论会、国际地质大会和第四届以来的历届国际工程地质大会。王思敬任第五届、第八届国际工程地质协会(IAEG)亚洲副主席和第九届IAEC主席。1994年第七届国际工程地质大会选刊的680篇论文中,中国作者的论文约70篇,占刊出论文的10%,名列前茅。在这一期间包括第二届国际岩石力学协会主席、新奥法奠湛者LMuller和第四届IADC主席在内的国际知名学者都曾来华交流、工作和参如在华举办的国际会议。中国工程地质工作者的非凡劳动,不仅为中国的工程建设提供了有效的支持,而且基于地质环境的区域特色,以及所解决的工程地质可题之复杂性和难度在世界范围内不多见的事实,使中国工程地质学带着自己的成就与特色走向世界。使中国工程地质学的发展在国际上具有举足轻重的作用。

(3)在实践中开拓了新的生长点。比如,基于经济、社会与环境协调发展,要求工程地质人员在注意工程设施的安全和经济效益的同时,必须考虑保护和合理利用环境问题,1982年11月在湖北孝感召开了全国环境工程地质学术讨论会,1987年5月在北京召开了“山区环境工程地质国际讨论会”,记录了中国工程地质学家和国际同行,面对环境与发展这一时代主题所做出的选择。20世纪70年代后期以来,对几十个核电厂厂址的选择和浙江秦山、广东大亚湾、江苏田青三个核电厂的建成,标志着工程地质与工程地震的结合,以及中国核电厂的工程地质勘测与评价工作走向成熟,区域地壳稳定性理论与方法研究走向成功的实践。1983年开始从孙广忠主持的大同煤矿坚硬顶板有控压裂试验。到军都山和秦岭隧道快速施]地质超翦预报、长江三峡链子崖危岩体防治工程等,标志着地质工程从理论走向实践。

世纪之交步入复杂性研究与发展的新阶段

进入20世纪90年代后期,随着生产力的发展和科技进步以及社会需求的不断增长,在工业化、城市化的快速进程中,我国工程建设突破了以往国力和技术的限制,如向上空要空间的高层建筑、高架道路,向地下要空间的地下构筑群,向海洋婴资源的海洋工程:追求更大效益的高坝大库、高速公路、跨海大桥、快速铁路;浅表资源贫化转向深部开发的矿山工程;打破水资源区城差异的调水工程:以及不良(地质易损性)地段的基础设施建设等等。所涉及的空间尺度从场地倒城市(或区城)、流城乃至跨区域、路流城、跨越大尺度的地质单元。工程建设技术要求的时间尺度从年际、年、月、日精确到小时、分。面工程安全运行的时间尺度则是几十年、百年以上,那些存教有毒有害废料则需几百年、几千年乃至更长时间的安全保障。所有这些预示着工程助测、设计、施工和运行不仅需要所有时空尺度的地质知识与技术,而且需要发展长时间的质量控制的监测技术和评价方法,以及与地下开挖同时进行的工程地贡勘测、预报技术和稳定性保障。对地表复杂的白然过程和工程地质过程及其相互作用的理解与描述。不仅依赖于地球科学和工程枝术科学最新研究成果的支持及其知识的交叉融合,而且还需要不断吸收环境、生态科学知识,并将现代数学、力学成就和有关非线性理论、系统论、控制论融人工程地质学。中国工程地质学正路人复杂性研究与创新阶段。

(1)协调人与自然的关系是共同的价值取间和发展的基本出发点;基于人类工程活动深刻地改变者自然环境的共识,忽视地质条件与建筑技术之间的因果关系,违背了人与自然和谐发展的原则,将会造成严重的经济损失和高昂的环境代价。为预防高费用的错误投资和对环境的破坏,工程建设与环境互馈这一重大科学技术问题,已经引起政府和社会各界的普遍重视。地球系统科学的诞生和全球性可持续发展观预示着以整体的观念加深对地球过程的认识,将进一步引导人们走向对地球的管理,实现有序的人与自然和冶发展。

(2)具备解决现代大型工程和地质环境复杂、脆弱地区的工程建设问题的能力:如,长江三峡水利枢纽、青藐铁路、澜沧江小湾电站、长距离跨越杭州湾大桥和南水北调工程的兴建,上海金茂大厦的落成以及地下储油、核废料地下安全处置研究的兴起,体现了中国工程地质学月备解决现代大型工程问题的能力,抓示者中国I程地贸学的发展将走问新的高度。

(3)深化地质工作,加强监测和试验研究,认识和理解工程地质过程及其模拟、预测和调控将构成工程地质的系统研究框架:如前所述,现代大型J程建设项目规模大,功能多样,允许变形范開小,并触及一系列工程地质条件复杂、地质环境本底脆弱地段,这就要求做到对工程岩士体交形过程及其时效特征的准确认识和有效的調控;快速施工技术要求精确、定量和智能化的工程地质监测和施工超前预报技术。基于人与自然和谐发展的整体观和工程建没与地质环境互馈的复杂行为使工程地质研究必然走向对过程的认识与理解、对过程的模拟与预测、对过程的调控与管理。这就使我们的研究必须从简单的多学科“综合"定向多学科知识的融合,充分吸收地球科学最新的养分深化地质基础工作,加强勘测、监测、试验研究与技术更新,获取高信度的科学数据,从根本上解决对过程的认识、预测和调控的问题。

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1.中国工程地质学术思想体系简介

2.中国工程地质奠基人和著名工程地质学家合集

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