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1、中国工程地质学五十年张咸恭 （中国地质大学，北京） 恩格斯说：“社会方面一旦发生了技术上的需要，则这种需要就会比十数个大学更加把科学推向。”工程地质学是研究与工程建设有关的地质问题的科学。它的研究对象是地质环境与工程建筑二者相互制约、相互作用的关系，以及由此而产生的地质问题，包括对工程建筑有影响的工程地质问题，和对地质环境有影响的环境地质问题。它的任务是为各类工程建筑的规划、设计、施工提供地质依据，以便从地质上保证工程建筑的安全可靠、经济合理、使用方便、运行顺利。为此必须为工程建筑选择地质上较好的地址，对于存在的地质问题还应在深入分析的基础上提出处理措施直至地基加固工程的设计和施工。同时还要研
2、究工程兴建引起的环境地质问题，可能引起的地质灾害对工程建筑本身及周围环境的影响，以及采取措施消除灾害。由此看来，工程地质研究的领域很广，研究内容十分复杂，涉及的学科较多，大大超出了地质学的范畴，使工程地质成为一门以地质学为基础的综合性科学。我国工程地质学是在新中国成立以后才发展起来的一门新的学科。它经历了从无到有，从知之甚少到内容丰富多彩、独具特色、跻身于国际先进水平的过程，成为一门有着自己的理论体系和一套技术方法，能够较好地解决工程建设与环境地质实际问题的应用科学。关于它的发展过程，下面作一简要论述。一、解放前的简史 我国古代修建的一些大型工程，已初步具有了工程地质的概念。例如公元前250年
3、在修建四川都江堰灌溉工程时就巧妙地利用了地形地貌条件；并根据河流侵蚀、沉积规律制定了“深掏滩、低作堰”的治理法则；还应用当时最先进的方法，按照岩体构造特点，成功地开凿出宝瓶口引水源，将岷江水引入川西平原广大农田，造福人民。举世闻名的长城，在地形上充分利用了山脊分水岭，选择坚硬岩石作为地基，显示了它的宏伟与坚固。大运河则是没着低洼的平原、盆地，连接河湖洼地修建的，大大减少了挖方量，形成贯穿南北的大动脉。许多古老的桥梁，宫殿、寺院、宝塔以及亭台楼榭的修建也都考虑了地下水和地震条件，选择了优良的地基，并根据需要采取了合适的加固措施。因此，保证了这类建筑物很多都能逾千年而依然稳定屹立。在我国，自觉地把
4、地质学的知识应用于工程建设，首推丁文江，他在20世纪20年代进行过天然建筑材料的调查。其后，李学清等曾先后考察过长江三峡和四川龙溪河坝址地质。30年代，在全国进行了公路和铁路地质调查，林文英根据积累的资料总结发表了公路地质学之初步研究和中国公路地质概论，初步反映了区域工程地质评价和工程地质分区。19401942年先后成立了公路研究实验室和水利实验处土工室。开始了对土的特刊力学笥质试验和对土体的定量评价。40年代中后期，侯德封、姜达权等曾对长江三峡。广东氵翁 江及台湾大甲溪等水电工程进行过工程地质调查。此外，在岷江、大渡河、黄河以及其他水系的流域规划工作中也有地质人员配合考察。1946年在南京地
5、质调查所成立了工程地质研究室。在大学的地质系，没有专门的工程地质课程，只有为土木工程系讲授的工程地质课程，其内容基本上与普通地质相同，只有很小一部分涉步及工程建筑。孙鼐编写了工程地质学一书。当时工程建筑规模小，数量少，工程地质事业没有发展，尚处于萌芽阶段。这时只有少数人从土工角度，应用土力学与地基基础知识为高楼大厦、铁路公路和水利工程建筑承担勘测、基础设计和施工等项工作。二、我国工程地质学的发展历程 现代工程地质学是前苏联介绍到中国来的。1952年院系调整，按照莫斯科地质学院的模式，成立了北京和长春两所地质学院，设立有水文地质与工程地质专业，开始培养这方方的面的人才。建国初期一些老的地质学家为
6、铁路的修建和水利水电工程建设担负起工程地质勘察的任务。主要是利用基础地质知识查明建筑地区的工程地质条件，能够做出正确的工程地质定性评价。1952年成立了地质部，其下设有水文地质工程地质局，起着领导专业工作的作用。类似的机构也在其他部门，如原水利水电部、铁道部、建设部、冶金部等建立起来。这方面科研机构在原地质部、中科院和一些产业部门也建立起来。这是我国工程地质发展的最初阶段。第二阶段是60年代，工程地质的实践，积累了大量资料和一定的实际经验，学科进入独立发展阶段，各建设部门制定自己的勘察规范，以山区工程建设为主，对工程地质提出更高的要求，岩土测试技术提高，定量评价有所发展。工程地质教育质量提高，
7、已编出了专门的教材，强调工程地质问题分析。60年代后期，文革期间建设有所削弱，工程地质勘察也不正常，主要是“三边”：边勘察、边设计、边施工导致了工程上的浪费。这种情况一直延续到70年代后期。第三阶段是1978年至今，以经济建设为中心和改革开放的时代，各方面的建设蓬勃发展，工程地质在已往在基础上取得了重大发展。勘察质量提高，新的勘察规范制定，向着工程领域拓展，承担勘测、工程处理的系统列工作。新型、巨型工程向工程地质勘察提出了新的要求。科学研究工作取得丰硕成果，创立了自己的新的理论，引入有关科学的新理论、新方法；学术活动频繁。教育方面，许多学校增设了工程地质专业，提高教学质量，大量培养研究生，编写
8、系列教材，并形成了我国工程地质学的理论体系，具有中国特色。环境工程地质学和地质灾害研究迅速发展。凡此推动是着我国工程地质学不断前进，走进国际先进行列。三、工程地质勘察质量不断提高 工程地质的任务就在于为工程建筑进行工程地持勘察，认识拟建工程所在地区的工程地质条件，为建筑的位址选择和设计、施工提供地质依据。国家规定的基建程序是：任何工程建设不进行勘察工作就不准设计，没有设计不准施工。这就赋予了工程地质重大而光荣的职责，避免了不顾地质条件是否适宜而盲目兴建工程给国家造成的损失。建筑设计分为可行性研究、初步设计、技（术）施（工）设计等阶段，工程地质勘察也随之分阶段进行，对工程地质条件的了解愈来愈深入
9、，这是完全符合认识规律的。建筑位址的选择具有战略意义，起着充分利用有利的地质条件、避开不利条件的作用。位址选得好，不但能保证工程的安全，而且工程处理也较简单，经济上合理。位址的地质选择只是一个方面，还要看政治、经济等方面的因素，最后综合考虑选定。我国的各类工程、铁路公路、水利水电、城乡建设、工业、国防、矿山、港口等建筑，尤其是大型建筑，都是先做了反复的工程地质勘察工作才进行设计、施工、修建完成的，因而基本上没有因为地质问题而失败。如果说有，那主要是在19661976年间违反基建程序，搞“三边”，实际上是放弃了前期工作，主观盲目乱干造成的。例如葛洲坝水电站勘察不足就仓卒动工，后来发现坝基白垩纪红
10、层中夹有多层软岩和泥化夹层，缓倾下游，严重威胁大坝的抗滑稳定性。只得重新进行勘察，利用大口径钻探查出坝基下的软弱夹层共有70层，不得不重新设计施工，造成巨大的浪费。此外，焦枝铁路有的工段，第二汽车制造厂，以及有些重要国防工程等也有类似情况。在第一阶段，铁路建筑进展较快，主要有京包线、包兰线、兰新线、宝天线、天兰线、宝成线、成昆线、成渝线等，都进行了工程地质勘察，武汉和南京长江大桥的勘察也很出色。水利水电工程大量修建，最早修建的是重庆狮子滩水库、北京官厅水库，治淮工程的佛子岭水库东北的桓仁水库、大伙房水库等，汉水上的丹江口水库、石泉水库，湘江上的欧阳海水库、梅山水库、板桥水库等，浙江的黄坛口水库
11、、新安江水电站，海河流域的西大洋水库、黄壁庄水库、岳城水库、陡河水库、密云水库等，黄河上的三门峡水库、刘家峡水库，沅江上的凤滩水库，江西修水上的柘林水库，广东的新丰江水库，海南省的松涛水库，云南省的水檀子水库等。三峡工程也开始了勘察工作。黄河、长江、珠江、黑龙江的流域规划工作，以及南水北调的线路勘察中也都进行了大量工程地质勘察工作。此外矿山工程地质、城市及工业建设工程地质都进行了大量工作。在这些勘察工作中无一不凝丰我国工程地质工作者的辛勤劳动。生产实践积累了丰富的资料和宝贵经验，推动着工程地质学科持续、快速、健康地发展。最初主要着重于工程地质条件的阐明，在选择工程位址、方案对比时从岩性的优劣、
12、地质构造的复杂程度、断层的数量和宽度、地形地貌条件的好坏、水文地质特征等方面论述哪一方案较优，哪一方案较差。随着经验的积累逐渐感觉到这样做还是限于表面的，还没有把握住问题的实质。同时也发现了同一个地点对不同类型的建筑，甚至同一种建筑而其规模不同或结构不同，则其适应性也是不同的，评价也不一致。例如一个坝址修建混凝土重力坝较为合适而修建拱坝则不合适；同为重力坝，坝高100n是可以的，而提高到130m则不容许。由此可以思考：建筑物对工程地质条件也起作用，施加应力予地质体，引起地质体的变形甚至破坏，出现了工程地质问题。这就是说通过工程地质问题的分析，才能深刻地认识工程地质条件是否能够满足所拟建筑物的要
13、求。在笔者（1964）主编的我国第一部专业工程地质学（下册）高等学校教材试用本中，初次论述了这一概念。把工程地质条件定义为：与工程有关的地质因素之综合，包括地形地貌条件、岩土类型及其工程地质性质、地质构造、水文地质条件、物理（自然）地质作用与现象、天然建筑材料等六种地质因素。这就澄清了对工程地质条件的各种不确切的理解，纠正了书面上的不妥当提法。关于工程地质问题的定义，书中说：所谓工程地质问题，即一地的工程地质条件不能完全满足在该地进行建筑的要求，以致在建筑物的稳定、经济或正常使用方面发生的问题或存的缺陷。这时的认识没有抓住本质，哲学高度也还不够。后来才进一步做了补充。这里已经区分了各类建筑特有
14、的工程地质问题和共同性的问题，并分别列举出来。在实际工作中应用这些理论，更能提高为工程服务的质量，做出妥当的评价。通过工程地质问题的分析也可以发现在勘察工作中工作的深度够不够，对工程地质条件查明的程度也有了评判的标准。可见工程地质问题分析在整个勘察工作地核心的地位。到了第二阶段的后期，勘察工作虽然维持工程建设的需要，但比较混乱，基本上没有新的进展。乌江渡水电站坝基坐落在三叠纪玉龙山灰岩上，岩溶发育，渗漏问题较严重，局部还存在抗滑稳定问题。由于工程地质勘察较仔细，工程地质条件了解清楚，工程地质问题分析深入正确，处理措施得当，利用了沙堡湾页岩不透水的有利条件，帷幕灌浆深达河床以下200m，解决了工
15、程地质问题，工程质量较好，运行正常。这是岩溶地区成功修建大型水电站的实例，其关键了工程地质勘察做得好，为工程的设计和施工提供了可靠的地质依据。第三阶段，在邓小平同志“建设有中国特色社会主义”理论指引下，开展了前所未有的大规模国民经济建设。许多巨型工程和新型工程的修建对工程地质勘察提出了新的要求。例如核电站要求区域地壳稳定性安全可靠，高层超高层建筑对地基稳定性的要求较高，天然地基往往难以满足，而需要采取加固措施。此外高速公路建设、大型地下工程和国防工程也蓬勃兴起。环境问题的提出，地质灾害的防治，都是新的课题。为此工程地质必须向着工程的方向拓展，把地基加固和地质灾害防治工程的设计与施工承担起来。这
16、一方向还是新的尝试，有待于逐步提高。在此阶段，各类工程勘察部门重新编制了工程地质或岩土工程勘察规范，以便与国际标准接轨，有利于开展国际合作。同时大力吸收新理论新技术方法，首先是遥感技术的应用；其次是金刚石小口径钻探、大口么探的应用大大提高了工程地质钻探的效果；各种新的物探方法，尤其是地质雷达、地震CT、瑞雷波技术的应用，很解决问题；“3S”的应用，以及各种监测方法的使用，对工程地质勘察都起了推动作用。数值模拟、物理模拟的开展，模糊数学、分数维、有限元、离散元、神经网络、灰色理论等的引入，推进了工程地质问题的定量分析，提高了工程地质评价的水平。这阶段的大工程最突出的是三峡水利枢纽、黄河小浪底水利枢纽，以及雅砻江二滩水电站三项水利工程；京九铁路、南昆铁路、西（安）康铁路，以及黄河、长江上的多座新的大桥；南水北调工程；大亚湾、秦山核电站；还有许多已建和在建的大型工程。在这些工程建筑的勘察工作中都应用了新理论、新技术、新方法，使勘察工作提高到新的水平。在铁路系统提出了“综合地质勘探”的技术政
