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中国工程地质学的“前世”与“今生”

发布时间:2018-09-12 来源:中科院地质地球所 浏览:65次

 工程地质学是地质学的分支学科,主要研究与工程建设有关的地质问题,是为工程建设服务的。属于应用地质学的范畴。

 地球上一切工程建筑物都建造于地壳表层一定的地质环境中。地质环境影响建筑物的安全、经济和正常使用;而建筑物的兴建又反馈作用于地质环境,使自然地质条件发生变化,最终又影响到建筑物本身。二者处于既相互联系,又相互制约的矛盾之中。工程地质学就是研究地质环境与工程建筑物之间的关系,促使二者之间的矛盾得到化解。

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     “前世”

 中国古代许多巨大的工程建设,都具有初步的一些工程地质的相关知识及经验。例如,公元前250年修建的四川都江堰分水灌溉工程,按照河流侵蚀堆积的规律制定“深淘滩、低作堰”的治理法则;又使用当时最先进的技术方法,针对岩体结构特征开凿出了宝瓶口输水渠段。从而使都江堰分水灌溉工程造福于人民。公元前200多年在广西兴安县修建的灵渠,沟通了湘江和漓江,是连接长江和珠江的跨流域工程,2000多年以来航运不断,这一工程在地质地貌的利用方面就符合工程地质的原理。长城的建造选择在山脊,利用坚硬岩石作为地基,使之既雄伟又稳固。大运河线路选择别具匠心,把江河湖泊和平原洼地连接起来,既减少挖方量,又保障了水体沟通,成为了贯穿南北的大动脉。古代许多桥梁、宫殿、庙宇、楼阁的修建,更是考虑到地震和地下水的问题,选定了良好的地基,进行了合适的加固处理,采用了各种坚固美观的石料,使这些建筑物坚实稳定,历经千百年而依然屹立。

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 在国际上,工程地质学作为地质学的一门分支学科,仅有70多年的历史。

 20世纪30年代初,前苏联开展了大规模的国民经济建设,促进了地质学与建筑工程科学的相互渗透,工程地质学作为一门独立学科由此而萌生。1932年,莫斯科地质勘探学院成立了工程地质教研室,培养工程地质专业人才,并奠定了工程地质学的理论基础。与此同时,在欧美国家中工程地质工作也有所开展,但它是附属于土木建筑工程中的,并未形成独立完整的学科体系。他们主要从事一般地质构造和地质作用与工程建设关系的研究。有关岩土工程地质性质和力学问题的研究则是由土力学和岩体力学来进行的。

 工程地质学经过不断的发展,学科体系逐渐完善,已成为有多个分支学科的综合性学科。

 在中国,丁文江先生于20世纪20年代进行过天然建筑材料的地质调查。尔后,李学清先生曾先后做过长江三峡和四川龙溪河坝址的地质调查。30年代开展了川滇、滇缅、宝天、甘新线等公路和铁路建设的地质调查。

 林文英先生发表的《公路地质学之初步研究》、《中国公路地质概论》初步反映了这方面的工作经验。40年代中后期,水利工程地质调查有所开展,进行了岷江、大渡河、黄河及其它江河的规划考察,并对广东翁江、台湾大甲溪电站进行了工程地质调查。1946年在南京地质调查所成立了工程地质研究室。

 中国的工程地质学是在解放以后才发展起来的,经历了从无到有、从小到大、从所知甚少到内容丰富多彩、独具特色,最后达到国际先进水平的过程。发展的动力源于国家进行的大规模经济建设。

 解放初期,国家需要建设大量的工厂、矿山、铁路及水利工程,根据前苏联经验,需要进行地质勘察,很多老地质学者投入了这方面的工作。1952年地质部成立,设立水文地质工程地质局。水利水电、铁道、建筑、冶、机械等部门也相继设立了工程地质处或勘测队。1952年成立的北京地质学院和1946年成立的长春地质学院设有水文地质工程地质专业,1956年成立的成都地质学院也设立水文地质工程地质专业。南京大学地质系、同济大学等高等学校也培养工程地质人才。

 科研机构相继成立,1956年地质部设立了水文地质工程地质研究所,中国科学院地质研究所也设立了水文地质工程地质研究室,许多工程部门的科学研究院也相继设立了工程地质研究室或土工组。

 生产、教学、科研相结合,团结一致,推动着中国工程地质事业的发展。1979年在苏州召开了首届全国工程地质大会,成立了中国地质学会工程地质专业委员会。后来又成立了国际工程地质学会中国国家小组,对工程地质的发展起了重要的推动作用。

“今生”

 我国广大的工程地质工作者艰苦奋斗,努力攻关,为工程地质学的发展作出了巨大的贡献,同时也在实践中积累了丰富的经验,取得了大量的成果,建立和发展了具有中国特色的工程地质学。

 在一系列国家重要工程建设中,工程地质均发挥了重要作用。诸如治理淮河和海河的系列工程;长江、黄河、珠江、黑龙江四大流域的水利水电开发;宝成、成昆、襄渝、湘黔、兰新等铁道干线的建设;武汉长江大桥、南京长江大桥和黄河大桥的修建;鞍钢、武钢、攀钢、金川、白等矿山开采,以及石油、煤炭基地的建设;港口和海岸工程、国防及尖端技术工程建设,以及攀枝花、嘉峪关、白银、三门峡、金昌、大庆等大量城市的扩建、改建等。


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      改革开放以来,工程建设的规模和数量不断扩大,而工程地质的作用更为明显,如龙羊峡、乌江渡、鲁布格、天生桥、五强溪、二滩、三峡等水利水电工程;秦山、大亚湾核电站;焦柳线、黔桂线、大秦线、京九线等铁道线路以及许多大桥、隧道工程;新的大型矿山、油田的建设;深圳和一大批经济开发城市建设;高速公路、高层建筑及立交桥的建设等。

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 在教学方面,随着科研、生产和教学经验的积累,编写了一批重要的教材。第一部《工程地质学》(上、下册)是由北京地质学院工程地质教研室编写的,于1964年正式出版。书中强调了以工程地质问题分析为中心的学术思想。改革开放以后又连续编写了一大批教材如《工程地质分析原理》、《工程地质学基础》、《工程岩土学》、《土力学》、《岩体力学》、《专门工程地质学》、《工程地质学》等。这些教材对培养专业人才起了重要作用,也显示了我国工程地质学的教育水平。

 谷德振和中国科学院地质研究所的学者们根据多年实践经验,进行地质和力学相结合的研究,创立了岩体工程地质力学。提出了“岩体结构”的概念,强调岩体结构及其对岩体稳定性的控制作用,形成了系统理论。(下图分别为谷德振院士和孙广忠研究员)

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区域地壳稳定性研究取得重要进展。在三峡、二滩等水利水电工程,苏南、辽南、大亚湾等核电站工程中,发展了相对稳定区和“安全岛”等理论,其核心问题包括断层发育情况与活动性、地应力状况以及区域地震危险性分析。

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 地质灾害的研究工作不断加强。滑坡、泥石流、地裂缝、岩溶地表塌陷及地面沉降、水库诱发地震等地质灾害的频繁发生早已引起我国工程地质学界的注意。许多部门对不同灾种做了调查建档工作,在全国重点地区系统进行了地质灾害的监测、预测预报及防治研究,取得较大进展。

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 工程地质勘察的质量不断提高。以长江三峡为例,对这一举世瞩目的特大综合性水利水电工程,在详细可靠的基础地质工作和大量勘探试验工作的基础上,使用各种新技术、新方法,进行了较充分的地质分析和定量评价。三峡工程的勘察研究在深度、广度和质量等方面均达到了国际先进水平。

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  在工程地质制图方面,应用计算机技术自动绘制地质柱状图、工程地质平面图、剖面图、立体图、等值线图、统计分析图等,不但准确美观,而且速度快,修改更新方便。GIS编图技术更能把数据库、专家系统与制图技术综合到一起,使资料信息得以充分利用,还可分类存储,分类提取,配合相关软件,绘制工程地质图系,如城市规划图、土地利用图、灾害地质图等。

 工程地质学是一门应用性很强的学科,服务对象和研究内容非常广泛,在工程建设中的地位十分重要。工程地质工程师只有与工程设计及施工工程师密切协作,才能服务于工程活动,完成各项工程任务。

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