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1、地质工程学的形成 孙广忠 ( 中国科学院地质与地球物理研究所北京1 0 0 0 2 9 ) 1 概说 中国工程地质学发展已 经经历过5 0 年了。 在这5 0 年里， 中国工程地质工作者为国家建 设做了大量工作， 同时也发展了工程地质学， 形成了两个重要分支， 即地质工程和环境工程 地质。 人们的认识是不断发展着的， 今天已经认识到地质工程已经形成为一个学科地质 工程学， 而工程地质学是地质工程学的基础学科之一。 地质工程学是研究地质工程建设理论 和技术的学科， 它是地质学与土木工程学相互渗透的边缘杂交学科。 工程地质工作主要是从 事工程地质地质条件的认识和工程地质条件质量评价. 在工程建设规
2、模比较小、 工程地质条 件比较简单时， 这样工作是可以满足工程建筑要求的。随着工程建设规模日 益增大， 涉及的 工程地质条件比较复杂， 仅用自 然存在的工程地质条件进行工程建筑已经不能满足需要， 必 须对不良工程地质条件进行改造， 使之满足工程建设的需要。 这种工程类型是很多的， 如地 基、 边坡、 地下洞室工程等， 一些科技工作者概括地提出称为地质工程。 地质工程是指以地质体做建筑材料， 以地质体做工程结构， 以地质体赎存环境做建筑环 境建筑起来的一种特殊工程， 如地基、 边坡、 地下工程、 钻井、 地质灾害防治、 地质环境整治等 统称为地质工程. 我国著名的都江堰引水工程就是一项典型的地质
3、工程， 它引峨江水人成都 平原， 灌溉成都平原耕地， 大大改变了成都平原环境面貌， 这是一项造福人民的环境整治工 程。故广义地说， 地质工程又可称为大地改造工程。 地质工程的工作领域极为广泛， 从工作内容来说， 有认识世界和改造世界两个部分。工 程地质工作属于认识世界; 地质工程工作是在认识世界基础上改造世界。 这两个方面工作的 综合才是地质工程工作的全部。从工程类型来分: 有土木建筑行业中的地墓、 边坡、 隧道、 地 下洞室、 建筑基坑工程; 国防工程中的各类掩体工程; 地质资源勘察工作中的钻探工程、 山地 工程; 地质资源开发中地面开采的峪天矿坑工程、 地下开采的井巷工程; 石油开采中的油
4、井 工程; 地下水采取中的水井工程; 天然气开采中的采气井工程; 以及地质灾害防治工程、 地质 环境治理工程等。 地质工程建筑设计和施工的基本方法是地质监控施工法， 它是用地质工程理论指导进 行的。 地质工程理论和方法的共同基础是地质， 地质工作是地质工程研究的最基本工作。 这 些基础理论中最重要的是工程地质预测预报和地质体改造两项。因为今天社会的经济实力 雄厚了， 技术手段强大了， 一般来说， 对不良的地质条件可以进行改造， 达到工程建筑的需 要， 人们可以根据自己的意愿选择工程布置位置。一般来说， 今天的建筑场地和线路位置选 择。 可以根据规划所选定的经济效益最优方案来定( 但是对于不能进
5、行改造的不良工程地质 条件则还是应该采取躲避的) 。 这就要求工程地质工作者在工程位t选定后， 查清建筑场地 的工程地质条件， 为地质工程设计、 施工和地质改造提供科学依据。地质工程工作必须以工 程地质工作为基础， 如果离开了工程地质工作， 地质工程工作则是盲目的。 所以说， 应该把工 程地质工作是认识世界， 地质工程工作是在认识世界基础上改造世界这句话作为座右铭， 这 是自觉地进行地质工程工作的墓础。 2 工程地质学的发展及地质工程学的形成 地质工程学实际上是在工程地质学基础上发展起来的， 是工程地质学和土木工程学的 边缘杂交学科。因此在研究地质工程学之前， 有必要先了解工程地质学的发展。
6、工程地质学发展已经经历了三个阶段: 2I 第一阶段 2 0 世纪 6 0 年代以前， 以工程地质条件研究和工程地质条件质2评价为主要工作。 一方 面是对作为工程建筑载体、 工程建筑材料、 工程建筑结构的地质体质t评价; 另一方面是对 作为工程建筑环境的地质环境质量评价， 这个阶段的评价主要是定性的。 在6 0 年代末， 世界 各国大体同时都开始了工程建筑中能否出现地质灾害， 或者说能否出现工程地质灾害的成 灾条件研究， 开始了成灾预报研究工作。随此， 工程地质工作进人了第二阶段. 22 第二阶段 大体上开始于2 0 世纪6 0 年代末， 以开展地质体稳定性分析为特征的工程地质灾害预 侧预报研究
7、阶段。 如谷德振教授在6 0 年代末开始提出地基稳定性、 边坡稳定性、 地下洞室稳 定性评价研究课题; 7 0 年代他进一步提出地基稳定性、 边坡稳定性、 地下洞室稳定性、 山体 稳定性、 地壳稳定性评价研究五大课题， 开始了工程地质研究的第二阶段。当时研究内容主 要是稳定性评价。实际上开始了工程地质预报研究工作。 2 . 3 第三阶段 8 0 年代以来出现了许多新技术( 实际上 6 0 , 7 0 年代也零星地在做) ， 大力开展不良地质 条件改造， 推动着工程地质发展到第三阶段。 工程地质发展的第三阶段是以工程地质灾害预 侧预报及地质灾害防治、 施工地质超前预报和地质体改造等主要课题为特征
8、的地质工程研 究阶段， 明确地提出了地质监控施工法。 地质监控施工法的核心就是超前地质预报和超前地 质体改造， 而超前地质预报和超前地质体改造正是工程地质工作进人第三阶段的重要标志。 这样， 今天的工程地质工作已经不仅仅作工程地质条件评价、 各类地质工程稳定性评价或工 程地质预报， 而且还应该研究不良地质条件的改造及地质工程施工法问题。因此， 今天的工 程建筑就不必再担心受客观条件限制， 而是已经有一些办法能够对不良的地质体进行改造， 使之适应工程建筑的要求。 过去解决地质体不稳定的办法主要是支护， 这种作法现在着来是 不够的。今天可以从另一个角度来做， 即进行地质体改造， 使之满足工程建筑要
9、求.地质体 斌存环境也可以改造， 改造后的地质体照样可以建筑工程， 这样， 工程地质就发展到以工程 地质超前预报和地质体改造为核心的地质工程阶段。 这是一个自 然的发展过程， 经过前两个 阶段， 今天才形成以工程地质超前预报和地质体改造为核心的地质工程发展阶段。 事物的发 展总是由渐变到突变。人类的认识也是由渐变到突变产生飞跃。 人们对地质工程的认识也 是经历了这样一个过程。 在工程地质学发展的第二阶段， 工程地质工作者和岩土力学工作者 在认识上已经孕育着地质工程的意识， 提出地基稳定性、 边坡稳定性和地下洞室稳定性课题 就意味着孕育了 地质工程的意识。 具有工程地质和岩土力学双学科知识的工作
10、者是这个认 识的先觉者。 有文字记载的 则有1 9 7 4 年H O C K , E . 和B R A Y , J . W， 发表了 R O C K S L O P E E N G I N E E R I N G 专著， 明确地提出了“ 岩石边坡工程” 概念。首次把岩体边坡作为工程来研 究， 他的主要工作也是在地质基础上对边坡进行岩体力学研究。H O C K, E . 的岩体边坡工程 概念对工程地质学的发展和地质工程的形成具有很大的推动作用。1 9 7 6 年 R . E . G O O D MA N， 发表T M e t h o d o f G e o l o g i c a l E n g
11、 i n e e r i n g i n D is c o n t i n u o u s R o c k 专著， 首先使 用了“ 地质工程( G E O L O G I C A L E N G I N E E R I N G ) ” 术语， 他提的地质工程方法实际上是岩 体力学与工程地质相结合进行工程地质工作的方法。 1 9 8 0 年初在成都召开的全国工程勘察 学术会议上， 中国一批工程地质工作者提出了“ 岩土工程的概念， 作者也是这一概念的积极 倡导者之一。1 9 8 0年英 国 F . G . B E L L发表 了 E N G I N E E R I N G G E O L O G
12、Y A N D G E O T E C H N I C S 一书， 论述了地质及地球物理勘探、 边坡、 地下开挖、 建筑地基及各类地质 工程( 岩土工程) 的技术， 正如该书称为“ 地质技术” 一样， 该书着重地论述了各类地质工程的 地质技术， 对地质工程基础理论重视不够。他论述的地质技术课题实际上就是地质工程课 题， 在当时来说， 是一本比较好的书。1 9 9 1 年由汪时敏等译成中文， 建筑工业出版社出版。 1 9 8 3 年著者在主持“ 大同煤矿坚硬顶板有控压裂放顶理论和技术研究” 课题中首次提出了 岩体结构改造概念。1 9 8 4 年著者在第二届全国工程地质大会上提出了岩体改造原理，
13、同时 提出了“ 工程地质、 岩体力学和地质工程三位一体” 开展工作 的学术思想， 在中国首次提出 了 “ 地质工程” 命题。 1 9 8 6 - 1 9 8 9 年著者主持了“ 大秦线军都山隧道快速施工地质超前预报” 课题。 在这项工作中著者提出了以地质为荃础开展地质预报， 其中包括超前预防， 实际上， 深 化 了地质体改造理论， 深化了地质工程概念， 明确地提出了地质工程定义是“ 以地质体为工 程结构， 以地质体为建筑材料， 以地质环境为建筑环境建筑起来的一种特殊工程” 。1 9 9 0 年 1 0 月著者应葛洲坝水电工程学院的邀请， 在宜昌开办了“ 工程地质与地质工程” 讲座， 对著 者关
14、于地质工程的认识进行了系统的总结, 1 9 9 3 年发表了 工程地质与地质工程 专著. 这 本书是著者对地质工程认识的一次升华。 该书对地质工程定义、 地质工程特性、 工作内容、 工 作方法进行了系统的论述.1 9 9 6 年著者发表了 地质工程理论与实践 一书， 系统地论述了 地质工程概念、 定义、 理论和方法， 明确地提出了地质工程的基础理论是“ 地质控制论” ， 阐述 了地质工程理论体系， 愈味着地质工程学的形成。1 9 9 8 年著者应中国现代科学全书编辑部 的邀请， 写成了 地质工程学原理 ， 它标志着地质工程学已经正式形成为一门学科。 从2 0 世纪9 0 年代初开始， 中国出现
15、了 地质工程公司， 地质工程勘察设计院等机构， 实 际上已经出现了地质工程行业。 1 9 9 ? 年6 月国务院学位委员会和国家教育委员会在联合颁 布的“ 授予博士、 硕士学位和培养研究生的学科、 专业目录” 里正式提出了 地质工程学 ， 现 在地质工程已经不仅是一个行业， 而且已经形成为一门学科了。 一个学科的形成必须具备三 个条件， 这就是: ( 1 ) 有特定的研究对象; ( 2 ) 有独特的理论; ( 3 ) 有专门的技术手段。 对地质工 程学来说， 这三者已经具备了。 地质工程的研究对象是以地质体为工程结构， 以地质体做建 筑材料， 以地质环境作为建筑环境建筑起来的一种特殊工程; 地
16、质工程的基础理论是地质控 制论; 地质工程建筑的专门技术， 地质超前预报技术和地质体改造技术已经形成了。 今天来 说， 地质工程学已经形成为一门独立学科是客观存在的。 3 地质工程学基础理论 随着人类对地球空间利用的不断扩大， 工程规模不断增大， 在工程建筑中出现了一类新 的工程类型， 即地质工程。 在国内和国外这一类型工程迅猛地发展， 类型之多， 规模之大令人 吃惊。日 本的青涵海底隧道， 英吉利海峡的海底隧道， 中国在建的秦岭隧道， 都 是梦想变成 现实的惊人之作。 在国内外已有不少科技工作者提出了地质工程命题， 对这个问题进行了论 述。 今天， 在中国， 地质工程已经不是一个概念， 而已经变成了实际， 已经变成了一个行业， 一 个学科。 随着地质工程学的深人发展， 人们对地质工程的认识愈来愈深， 对地质工程性质的认识 愈来愈清楚， 对地质工程给出了明确的定义。狭义的地质工程的定义是: 以地质体做建筑结 构， 以地质体做建筑材料， 以地质环境做建筑环境建筑起来的一种特殊工程谓地质工程; 广 义的地质工程定义是大地改造工程或者地质环境改造工程
