我国工程地质的发展之探析

李万友

摘要: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。

Abstract:Engineering Geology is the science connected with construction. It researches the relationship of mutual constraints and interaction between geological condition and construction. And it also studies the geological problems that bring about, including the problems that will affect the construction and the construction that will affect the geological environment. Its task is to provide geological bases for the planning, design and construction of all kinds of projects and to ensure the safety, economy, convenience and smooth of geological engineering and construction.

关键词:工程地质学;发展;应用;成就

Key words:Engineering Geology;development;application;achievement

中图分类号:TU19 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)04-0187-01

1 我国工程地质学的发展历程

20世纪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。到了以经济建设为中心和改革开放的年代,各方面的建设蓬勃发展,工程地质在已往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。

2 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质勘察,认识拟建工程所在地区的工程地质条件,为建筑的位置选择和设计、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,这是完全符合认识规律的。建筑位置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。位置选得好,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。位置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。

3 我国工程地质学理论体系的形成

工程地质问题和环境地质问题是可以预测的,只要查清工程地质条件,又有了规划设计部门所提供的有关工程建筑的类型和规模,尤其是建筑物作用力的大小和性质,就可以建立二者相互作用的物理模型,进而建立计算模型,做出问题的定性分析和定量分析,对建筑场地给予工程地质评价,指出问题的严重,哪些地质因素不利,不能满足工程建筑的要求。应当采取何种措施予以补救,是减小建筑物的规模以适应地质条件,还是采取工程处理措施,改善条件,以满足建筑物的要求、消除不良影响。这要从技术条件上和经济合理性上进行比较才能确定。由上述可知,工程地质学研究的目标在于协调工程建筑与工程地质条件之间的矛盾关系,既保证工程建筑造福人类,又避免它对环境造成不良影响。

4 三维建模在工程地质工作中的应用

4.1 运用先进的可视化技术与交互图形技术建立数据库,存储和管理现场勘探实测和试验数据,建立工程地质体的三维模型,工程地质工作者可随着勘察或研究工作的不断深入细致,对研究(工作)区域随时补充信息来自动显示地质信息在研究(工作)区域内的分布,从而不断提高模型精度,并且利用模型反馈回来的信息及时发现已有勘察工作中的不足,从而及时修改勘察或研究工作方案,指导下一步勘探或研究工作的实施。

4.2 工程地质三维建模与可视化的深入研究,可以充分利用已有现场勘探实测或试验数据,达到节约投资减少勘察或研究成本的目的。当现场勘探和试验数据资料不足情况下,通过对已有数据的插值与拟合到建立三维模型,可以推断和预测未知区域或研究较少区域的地质信息或岩土体物理力学参数的分布趋势,从而为减少勘探工作量提供科学的可靠的依据,达到节约花费,为生产或研究部门产生直接经济效益的目的。

4.3 工程地质岩土体是复杂的不规则形体,存在各种地质岩性层面、结构面以及各种空间分布的地质与力学信息,完全表达地质信息的空间分布及岩层和结构面间的位置关系,工程地质三维建模与可视化研究是大有作为的。

5 五十年来的科研成就

5.1 岩体工程地质力学的建立与岩体力学研究。与土力学相比,岩体力学直到20世纪60年代还是知之甚少。在工程地质勘察中发现岩体中的裂隙发育情况不同对岩体的力学性质与行为影响很大,而岩体的变形破坏实际上是受其中的软弱结构面的控制,包括层面、断层面、裂隙、片理、劈理等,也称不连续面,使岩体成为非均质、各向异性的不联系介质。结构面之间的岩石体称为结构体。总体上来说岩体就是由结构面和结构体组合而成的。结构面按其延续的长短可以分级,但其形成则受岩石成因和后期地质构造变动的控制,因而其分布规律和形状、宽度等可以通过地质力学加以分析。这样就把地质力学与岩石力学结合起来对岩体结构加以分析,创立了一门新的分支学科:岩体工程地质力学。把岩体结构分为块状结构、镶嵌结构、碎裂结构、层状结构、层状碎裂结构、散体结构等类型。不同结构类型的岩体其力学性质和变形破坏规律也不同。

5.2 土体研究。我国在土的微观结构方面开展了广泛研究,取得较大进展。但是土的微观结构与土的物理学性质的关系研究还不够充分。海洋土的研究进展显著,其与陆相土的区别在于其Na+、Mg2+氯化物含量较高,并具有絮凝蜂窝状结构。南海土中石英含量较少而硅质和钙质沉淀物较多,因而其工程性质有所不同。膨胀土的研究成绩突出,其他特殊土的研究进展也较明显。

6 结束语

20世纪50年代以来,中国工程地质学从建国初期的一片空白,到今天发展成为一门内容丰富、理论体系严谨、具有中国特色的综合性学科,发展之迅速是惊人的。当前我国改革开放形势大好,新世纪的到来,经济建设任务更为艰巨,新型城镇、新型铁路、高速公路的建设、黄河的治理、西南水电资源的开发、南水北调工程、海峡通道等等,为工程地质学研究开拓了美好前景。让我们加倍努力,把我国工程地质学推向世界高峰。