我國工程地質(zhì)的發(fā)展之探析

李萬友

摘要:工程地質(zhì)學(xué)是研究與工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)問題的科學(xué)。它的研究對象是地質(zhì)環(huán)境與工程建筑二者相互制約、相互作用的關(guān)系,以及由此而產(chǎn)生的地質(zhì)問題,包括對工程建筑有影響的工程地質(zhì)問題,和對地質(zhì)環(huán)境有影響的環(huán)境地質(zhì)問題。它的任務(wù)是為各類工程建筑的規(guī)劃、設(shè)計、施工提供地質(zhì)依據(jù),以便從地質(zhì)上保證工程建筑的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、使用方便、運行順利。

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.

關(guān)鍵詞:工程地質(zhì)學(xué);發(fā)展;應(yīng)用;成就

Key words:Engineering Geology;development;application;achievement

中圖分類號:TU19 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)04-0187-01

1 我國工程地質(zhì)學(xué)的發(fā)展歷程

20世紀(jì)60年代,工程地質(zhì)的實踐,積累了大量資料和一定的實際經(jīng)驗,學(xué)科進(jìn)入獨立發(fā)展階段,各建設(shè)部門制定自己的勘察規(guī)范,以山區(qū)工程建設(shè)為主,對工程地質(zhì)提出更高的要求,巖土測試技術(shù)提高,定量評價有所發(fā)展。到了以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心和改革開放的年代,各方面的建設(shè)蓬勃發(fā)展,工程地質(zhì)在已往基礎(chǔ)上取得了重大發(fā)展。勘察質(zhì)量提高,新的勘察規(guī)范制定,向著工程領(lǐng)域拓展,承擔(dān)勘測、工程處理的系列工作。新型、巨型工程向工程地質(zhì)勘察提出了新的要求?？茖W(xué)研究工作取得豐碩成果,創(chuàng)立了自己的新的理論,引入有關(guān)科學(xué)的新理論、新方法;學(xué)術(shù)活動頻繁。

2 工程地質(zhì)勘察質(zhì)量不斷提高

工程地質(zhì)的任務(wù)就在于為工程建筑進(jìn)行工程地質(zhì)勘察,認(rèn)識擬建工程所在地區(qū)的工程地質(zhì)條件,為建筑的位置選擇和設(shè)計、施工提供地質(zhì)依據(jù)。

國家規(guī)定的基建程序是:任何工程建設(shè)不進(jìn)行勘察工作就不準(zhǔn)設(shè)計,沒有設(shè)計不準(zhǔn)施工。這就賦予了工程地質(zhì)重大而光榮的職責(zé),避免了不顧地質(zhì)條件是否適宜而盲目興建工程給國家造成的損失。建筑設(shè)計分為可行性研究、初步設(shè)計、技(術(shù))施(工)設(shè)計等階段,工程地質(zhì)勘察也隨之分階段進(jìn)行,對工程地質(zhì)條件的了解愈來愈深入,這是完全符合認(rèn)識規(guī)律的。建筑位置的選擇具有戰(zhàn)略意義,起著充分利用有利的地質(zhì)條件、避開不利條件的作用。位置選得好,不但能保證工程的安全,而且工程處理也較簡單,經(jīng)濟(jì)上合理。位置的地質(zhì)選擇只是一個方面,還要看政治、經(jīng)濟(jì)等方面的因素,最后綜合考慮選定。

3 我國工程地質(zhì)學(xué)理論體系的形成

工程地質(zhì)問題和環(huán)境地質(zhì)問題是可以預(yù)測的,只要查清工程地質(zhì)條件,又有了規(guī)劃設(shè)計部門所提供的有關(guān)工程建筑的類型和規(guī)模,尤其是建筑物作用力的大小和性質(zhì),就可以建立二者相互作用的物理模型,進(jìn)而建立計算模型,做出問題的定性分析和定量分析,對建筑場地給予工程地質(zhì)評價,指出問題的嚴(yán)重,哪些地質(zhì)因素不利,不能滿足工程建筑的要求。應(yīng)當(dāng)采取何種措施予以補(bǔ)救,是減小建筑物的規(guī)模以適應(yīng)地質(zhì)條件,還是采取工程處理措施,改善條件,以滿足建筑物的要求、消除不良影響。這要從技術(shù)條件上和經(jīng)濟(jì)合理性上進(jìn)行比較才能確定。由上述可知,工程地質(zhì)學(xué)研究的目標(biāo)在于協(xié)調(diào)工程建筑與工程地質(zhì)條件之間的矛盾關(guān)系,既保證工程建筑造福人類,又避免它對環(huán)境造成不良影響。

4 三維建模在工程地質(zhì)工作中的應(yīng)用

4.1 運用先進(jìn)的可視化技術(shù)與交互圖形技術(shù)建立數(shù)據(jù)庫,存儲和管理現(xiàn)場勘探實測和試驗數(shù)據(jù),建立工程地質(zhì)體的三維模型,工程地質(zhì)工作者可隨著勘察或研究工作的不斷深入細(xì)致,對研究(工作)區(qū)域隨時補(bǔ)充信息來自動顯示地質(zhì)信息在研究(工作)區(qū)域內(nèi)的分布,從而不斷提高模型精度,并且利用模型反饋回來的信息及時發(fā)現(xiàn)已有勘察工作中的不足,從而及時修改勘察或研究工作方案,指導(dǎo)下一步勘探或研究工作的實施。

4.2 工程地質(zhì)三維建模與可視化的深入研究,可以充分利用已有現(xiàn)場勘探實測或試驗數(shù)據(jù),達(dá)到節(jié)約投資減少勘察或研究成本的目的。當(dāng)現(xiàn)場勘探和試驗數(shù)據(jù)資料不足情況下,通過對已有數(shù)據(jù)的插值與擬合到建立三維模型,可以推斷和預(yù)測未知區(qū)域或研究較少區(qū)域的地質(zhì)信息或巖土體物理力學(xué)參數(shù)的分布趨勢,從而為減少勘探工作量提供科學(xué)的可靠的依據(jù),達(dá)到節(jié)約花費,為生產(chǎn)或研究部門產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益的目的。

4.3 工程地質(zhì)巖土體是復(fù)雜的不規(guī)則形體,存在各種地質(zhì)巖性層面、結(jié)構(gòu)面以及各種空間分布的地質(zhì)與力學(xué)信息,完全表達(dá)地質(zhì)信息的空間分布及巖層和結(jié)構(gòu)面間的位置關(guān)系,工程地質(zhì)三維建模與可視化研究是大有作為的。

5 五十年來的科研成就

5.1 巖體工程地質(zhì)力學(xué)的建立與巖體力學(xué)研究。與土力學(xué)相比,巖體力學(xué)直到20世紀(jì)60年代還是知之甚少。在工程地質(zhì)勘察中發(fā)現(xiàn)巖體中的裂隙發(fā)育情況不同對巖體的力學(xué)性質(zhì)與行為影響很大,而巖體的變形破壞實際上是受其中的軟弱結(jié)構(gòu)面的控制,包括層面、斷層面、裂隙、片理、劈理等,也稱不連續(xù)面,使巖體成為非均質(zhì)、各向異性的不聯(lián)系介質(zhì)。結(jié)構(gòu)面之間的巖石體稱為結(jié)構(gòu)體。總體上來說巖體就是由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體組合而成的。結(jié)構(gòu)面按其延續(xù)的長短可以分級,但其形成則受巖石成因和后期地質(zhì)構(gòu)造變動的控制,因而其分布規(guī)律和形狀、寬度等可以通過地質(zhì)力學(xué)加以分析。這樣就把地質(zhì)力學(xué)與巖石力學(xué)結(jié)合起來對巖體結(jié)構(gòu)加以分析,創(chuàng)立了一門新的分支學(xué)科:巖體工程地質(zhì)力學(xué)。把巖體結(jié)構(gòu)分為塊狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、層狀碎裂結(jié)構(gòu)、散體結(jié)構(gòu)等類型。不同結(jié)構(gòu)類型的巖體其力學(xué)性質(zhì)和變形破壞規(guī)律也不同。

5.2 土體研究。我國在土的微觀結(jié)構(gòu)方面開展了廣泛研究,取得較大進(jìn)展。但是土的微觀結(jié)構(gòu)與土的物理學(xué)性質(zhì)的關(guān)系研究還不夠充分。海洋土的研究進(jìn)展顯著,其與陸相土的區(qū)別在于其Na+、Mg2+氯化物含量較高,并具有絮凝蜂窩狀結(jié)構(gòu)。南海土中石英含量較少而硅質(zhì)和鈣質(zhì)沉淀物較多,因而其工程性質(zhì)有所不同。膨脹土的研究成績突出,其他特殊土的研究進(jìn)展也較明顯。

6 結(jié)束語

20世紀(jì)50年代以來,中國工程地質(zhì)學(xué)從建國初期的一片空白,到今天發(fā)展成為一門內(nèi)容豐富、理論體系嚴(yán)謹(jǐn)、具有中國特色的綜合性學(xué)科,發(fā)展之迅速是驚人的。當(dāng)前我國改革開放形勢大好,新世紀(jì)的到來,經(jīng)濟(jì)建設(shè)任務(wù)更為艱巨,新型城鎮(zhèn)、新型鐵路、高速公路的建設(shè)、黃河的治理、西南水電資源的開發(fā)、南水北調(diào)工程、海峽通道等等,為工程地質(zhì)學(xué)研究開拓了美好前景。讓我們加倍努力,把我國工程地質(zhì)學(xué)推向世界高峰。