工程地质展望1.doc

面向21世纪中国工程地质学的发展 黄润秋 （成都理工学院，成都，610059） 1. 前言 工程地质学是一门界于地质学与土木工程学之间的应用地质学学科，它是运用地质学的原理与方法,结合数理力学及土木工程学知识，分析和解决与人类工程和生活活动有关的地质问题，即工程地质问题。这类问题通常表现为地质环境对人类活动的制约及人类活动对地质环境的影响。工程地质学研究的目标就是对这一相互作用过程中正在发生或可能发生的地质问题进行合理评价、科学预测及正确改良，从而一方面保证工程建设的技术可行、经济合理，另一方面充分利用、合理开发及妥善保护人类赖以生存的地质环境。 工程地质学是在人类工程活动实践中逐渐形成和产生的。早期人类工程活动规模小且形式比较简单，涉及地质问题不突出，有关工程地质方面的工作大多是由地质学家或地理学家来完成的。工程地质学的理论稚形形成应该以1925年K.Tezhigi发表的建筑土力学为标志；后来，俄罗斯著名工程地质学家萨瓦连斯基、卡明斯基、波波夫等在工程岩土学、工程地质学等方面做了大量的理论与实际奠基工作，从而使工程地质学在三十年代从前苏联开始形成了一门独立的学科。 我国的工程地质工作真正起步还是在新中国成立以后。建国40余年来，工程地质工作密切结合国民经济建设，为国家国土规划与资源开发、各类工程建设、镇城建设和地质灾害防治及地质环境保护提供了强有力的技术支撑，工作领域几乎覆盖国民经济的所有部门。可以说，我国已建的8万余座水电站，7万余公里铁路和百万余公里的公路、200余座金属矿山、500余座大型煤矿、千余座城镇及不计其数的工业与民用建筑都留下了工程地质工作者辛勤的汗水。丰富的工程实践，也促进了我国工程地质学科体系的飞速发展，相继形成了“工程地质力学”、“地质过程机制分析定量评价”及’系统工程地质学”等国内外有较大影响的理论及学术思想体系。在诸如高边坡稳定性研究、地下开挖的地面地质效应研究、崩滑地质灾害预测及土体工程地质特性研究等方面走到了国际前沿，可以说在工程地质理论及实践水平上，我国还是处在世界先进水平之列的。 2. 面向21世纪中国工程地质的主题 资源、环境与人口是当今人类发展面临的三大问题，早在1982年的第四届国际工程地质大会上，国际工程地质协会就提出了工程地质学家要积极参与解决环境问题的动议。90年代，环境问题的形势变得更为严竣，联合国1992年在巴西里约热内卢召开了有世界2／3以上国家首脑参加的世界环发会议，其目的是想通过各国政府的联合行动，协调人类发展与环境的关系；会后，签署了著名的“里约热内卢”宣言。联合国在此之前还组织制定了国际减灾十年计划IDNDR。 应该说，环境问题是一个涉及面非常广泛的问题，但令人遗憾的是当提起这一问题时，人们自然联想到的是大气圈环境空气污染等、水圈环境水污染等，而对岩石圈浅表层地质环境的关注远远不及前两者。事实上，近二十年来，全世界尤其是改革开放后经济迅速发展的中国，由于工程活动的空间和规模迅速增大，从而产生了人地关系的失调，加之地质环境保护的意识淡薄，地质环境的恶化问题已到了相当严重的程度。 人类赖以生存的地球表层是一个由岩石圈表层及包围它的大气圈、水圈、生物圈组成的复杂动态体系。这些圈层相互渗透与交织，相互联系与作用，构成了人类生存与发展的总体环境。四个圈层任意一、二个圈层的变异，均将造成总体环境平衡状态的破坏，从而导致环境的变化，乃至恶化，不同程度地威胁着人类的生存与发展。然而,今天的人类工程活动已成为地球表层的特别活跃的因素和力量，其活力与影响与日剧增。据世界范围内不完全统计，人类每年约消耗500亿吨矿产资源，已超过大洋中脊每年新生成的岩石圈物质（约300亿吨）的数量，更大大高于河流每年搬运物质（约165亿吨）的数量；人类建筑工程面积已覆盖地球陆地面积的6～8％左右，到2000年可达到15；人类作用的垂直空间亦显著增大，从过去的2000～3000m，增加到今天的6000－7000m，甚至可达到万米左右。今天，地面建筑高度已在300－400m以上，地下开挖深度已超过1000m，最高人工边坡已达600m，最大人工水库已超过1500亿立方米。大型工程活动数量之多、规模之大、速度之快、波及面之广，举世瞩目。这集中反映出一个最基本事实即人类作用已成为与自然作用并驾齐驱的营力，某些方面已超过自然地质作用的速度和强度，在当今全球变化中起着巨大的作用，成为影响环境的重要力量。这种影响的具体结果就是地质灾害的屡屡发生，强度与频率增大，人类辛辛苦苦所创造的财富蒙受损失。据统计，发展中国家每年由地质环境恶化和地质灾害所造成的经济损失，达到国民生产总值的5以上。在我国灾害及其所导致的环境问题中，据估计由地质灾害造成的损失约占整个灾害损失的35，而这其中，崩塌、滑坡、泥石流及人类工程活动诱发的浅表生地质灾害所造成的损失约占55。这些灾害的一次性规模虽小于地震，但其发生频度和涉及范围则远远高于和广于地震，一年总的损失约200个亿。如我国西南西北地区，在从青藏高原向云贵高原和从云贵高原向长江中下游平原过渡的两个大陆坡度带范围内，仅80年代以来，所发生的一次性伤亡人数在200人以上或直接经济损失在千万元以上的灾难性崩滑事件就达十余起如1980年盐池河岩崩、1981年长江鸡扒子滑坡、1983年洒勒山滑坡、1984年新滩滑坡、1985年巫溪滑坡、1989年溪口滑坡、1992年昭通滑坡、1994年乌江鸡冠岭滑坡等。仅这些灾害所造成的人民生命损失已超过千人，直接经济损失上亿元，事后善后处理及整治费用则高达近十亿元，而由于灾害对社会所带来的影响如中断水、陆路交通所产生的间接损失则更是无法估量。直接由工程建设所诱发的地质灾害事件也累见不鲜。据资料，近十年来，这一地区由于大型工程修建或人类活动诱发地质灾害所带来工程处理费用单项上亿元的就有近十起。如云南漫湾水电站施工过程中，左岸缆机平台边坡失稳、陇海线葡萄园段滑坡整治、盐池河岩崩、成昆线铁西滑坡、乌江鸡冠岭崩滑等。可以预计，在我国实施沿海发展战略后，中西部地区将是下一步开发和发展的重点。举世瞩目的三峡工程及长江、黄河上游拟建的一系列大、巨型水力发电工程、南水北调工程、山区铁路工程、大型露天矿工程等一系列跨世纪的宏伟工程都已列入或将被列入我国社会发展进程，他们将极大地改变我国下一世纪的面貌和综合国力。而毫无疑问，这一地区的进一步开发，也必将带来更大规模、更大范围的灾害与环境问题。我们必须认识到其今后发展的严重性,认识到问题的将来。这是一个人类工程活动与地质环境之间相互作用的问题，是一个协调“人-地”关系的问题，是一个需要我们去研究、去探索的自然过程与社会发展互馈的问题。因此，面向二十一世纪中国工程地质学一个重大主题就是在研究地质环境对人类工程活动制约的基础上，重点研究人类工程活动对地质环境的影响效应，如何评价、预测和控制，以规范人类工程活动行为，提高地质环境质量，减轻灾害对人类的威胁，从而保持社会经济的可持续发展。 3. 面向21世纪工程地质研究工作的基本指导思想 应该说,上述问题的研究过去很多部门都从不同角度都做过一些工作，也结合工程解决了许多与此相关的重大关键技术问题。但应该说，一旦涉及到复杂地质环境，人们目前的认识和理论水平就显得有点提襟见肘，甚至面临严重挑战。前面所列举的一系列事实正说明此问题。原因何在客观上是地质体的复杂性，“入地”（认识地质体）确实比“上天”、更难。但更重要的还是以下两方面原因一是认识论上、思维方式上的落后。实际上，地质体的复杂性就在于其高度的非线性，对这类复杂的地质体及其地质作用, 用传统的观点去认识它的有序与无序、确定与非确定、量变与质变、整体与局部、稳定与非稳定，显然是落后的，在很多情况下也是无能为力的。二是在方法手段上的落后。可以说,现代科学的进步，在很大程度上依赖于技术的进步，采用先进的测试试验手段，可以帮助我们获得对地质体进行定量描述的参数，进而架起定量认识地质体的桥梁。  因此，针对上述情形，在基本指导思想方面我们强调以下两点 1 变革思维方式 在继承传统的研究方法的基础上，将系统科学与探索复杂性的非线性科学理论耗散结构理论、突变理论、混沌、分形等）有机地结合起来,从本质上认识工程地质作用的过程与机理。 2 改革工作方法以高、新技术方法为手段，高起点、高层次、新角度、全方位探索复杂灾害性地质过程的发生机理及其与人类工程活动的互馈机制。 4. 面向21世纪的重大工程地质问题和重点应发展的理论与技术 围绕上述主题，我们认为面向二十一世纪，工程地质应重点解决好以下几方面问题。 1. 环青藏高原浅表层动力学条件及其环境效应 ２.深埋长大隧道灾害性地质问题评价及预测方法 ３.地下开挖的地面地质效应研究 ４.流域开发及重大工程建设前,后期的环境地质效应评价 ５.城市（及重大工程建设区）环境地质信息系统及防灾减灾决策支持系统 6．沿海地区海面上升对地质环境的影响研究 7. 城市垃圾卫生填埋处置的环境地质效应分析 8．核电站站选址及中-低放射性核废料处置的环境地质效应研究 为了解决好上述问题，重点应发展以下的理论与技术 1. 复杂地质体的建模理论与技术研究 2. 崩滑地质灾害发生机理及其非线性评价预测理论 3. 新一代地质灾害评价与防治理论--地质灾害过程模拟与过程控制 4. 高精度工程地质解释系统 5. 灾害评价与预测的3S技术 5、结束语  工程地质学的生命在于与工程实际的相结合，工程地质的活力来自于现代科学的发展和学科的交叉与渗透，工程地质的未来在于参与保持人类文明的可持续发展。我们有充分的理由相信，21世纪的中国工程地质，不论理论还是实践水平都将有新的重要突破。 黄润秋,博士，教授（博士生导师），1963年8月生，1979年考入成都理工学院原成都地质学院，1988年获工学博士学位,国家级突出贡献中青年专家。现任成都理工大学环境与土木工程学院院长，国家地质灾害防治与地质环境保护专业实验室主任。先后承担和完成科学研究项目30余项，并在生产实践中产生了重大的经济及社会效益。结合科学研究实践，先后发表专著6部（包括合著），论文100余篇（包括合著）。先后培养指导博士研究生12名，硕士研究生20名。获部级科技成果一等奖2次，二等奖2次, 三等奖5次, 国家级优秀教学成果二等奖和四川省优秀教学成果一等奖各1次，并获 “中国青年科技奖”、“霍英东奖”、四川省青年科技奖和地矿部青年科技奖（金锤奖）等。1995年获国家杰出青年科学基金资助，1996年并首批入选国家“百千万”人才工程计划。 4 1