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工程地质随想(二)(一)

作者:神马 整理:本网站论文网 录入时间:2011-12-14 00:06:30

摘要:工程地质学是20世纪才建立和发展起来的一门地球科学。工程地质专业在工程建设中具有十分重要的位置。工程地质工作的质量,对工程方案的决策和工程建设的顺利进行至关重要。由于地质问题引起的工程事故时有发生,轻则修改设计延误工期,严重时造成工程失事给人民生命财产带来重大损失。近年来,工程地质勘察质量有下滑现象,工程地质分析不够深入,有的甚至出现工程地质评价的结论性错误。今后十年,将有可能成为水利水电工程建设的又一个事故高发期。工程地质对地球环境的保护要发挥重要作用。工程地质面临着新的机遇和挑战。关键词 。 

关键词:工程地质 水利水电 勘察 环境 分析 人才 机遇 

    工程地质对于工程师来说并不陌生。然而,由于人类工程活动引起地质环境的改变,工程地质问题造成工程建设的被动与失败的若干实例证实,许多人对工程地质又是陌生的。
    人类历史刚刚翻开新千年新世纪的第一页,一场以高新技术为前导的产业革命却早已开始了,工程地质学科必将在这场革命中获得新生。当然,我们更应该看到技术的每一次革命性进步,都伴随着矛盾与冲突,特别是体制和机制问题,是生产力与生产关系的相互作用,需要协调与适应,改革就成为必然。
    当前,工程地质学科正在经历着前所未有的挑战,工程地质专业正面临着新的发展机遇。人类与自然的关系不是斗争而是相互作用和相互影响;人类工程活动不是改造自然而是如何顺应自然。人类赖以生存的地球环境问题,工程地质学家和地质师都要认真关注,并勇敢地承担起应尽的职责。
    1 工程地质学科的起源与发展
    工程地质学是研究人类工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地球科学。20世纪初,为了适应兴建各种工厂、水坝、铁路、运河等工程建设的需要,地质学家开始介入解决工程建设中与地质有关的工程问题,不断地进行着艰苦的工程实践和开拓性的理论探索,首次出版了“工程地质学”专著,工程地质学开始成为地球科学的一个独立分支学科,工程地质勘察则成为工程建设中不可缺少的一个重要组成部分。二次世界大战以后,全世界有了一个较为稳定的和平环境,工程建设的发展十分迅速,工程地质学在这个阶段迅速成长起来了。经过半个多世纪的工程实践和理论探索,工程地质学大为长进,内涵和外延都焕然一新,成为了现代科学技术行列中的重要分支学科。
    中国的工程地质事业在解放前基本上是空白,建国后才有了长足的进步和发展。50年代初开始引进苏联工程地质学理论和方法,走过了我们自己的工程实践和理论创新的辉煌历程,形成了有自己特色的工程地质学体系。特别是在水利水电行业,举世瞩目的三峡、小浪底等特大型水利枢纽工程的开工建设,澜沧江、红水河、雅砻江、乌江、黄河等大江大河众多大型梯级水电站的兴建,以及若干正在开展前期工作的其它水利水电工程,充分积累了在各类岩性地区和各种复杂地质条件下进行地质工作的丰富经验,建立了一套比较完整的工程地质勘察规程规范。重大工程建设不断地将数理学科的新成就和高新技术及时吸收进来,极大地丰富了工程地质学科的内容,有力地促进了工程地质学科的发展,使我国工程地质学达到现代科技水准,逐渐成为国际工程地质界的重要成员之一。
    今天,工程地质专业学科的内涵已经远远超出了传统工程地质定性描述和定性评价的范畴,发展成为集多种勘探手段去获取基础性地质资料,并对这些资料进行归类汇总、整理分析、定性评价、定量评价、地质预测、工程措施的建议等等既特殊又复杂的综合性专业。任何一个成熟的设计师,都会清楚地意识到工程地质专业在工程设计中的重要位置。无数重大工程成败的实例足以证明工程地质专业在工程建设中的权威性。
    在学术界,有国际工程地质学会,国内的中国地质学会、中国水利学会和水力发电工程学会等全国性学术组织都专门设立有工程地质专业委员会,水利水电行业中全国性的学术组织还有“水利水电工程地质信息网”。此外,全国性的勘测技术协会主要还是工程地质专业。这些学术组织为我国各行各业的工程建设作出了重大贡献,发挥了巨大作用。
    2 水利水电工程地质的特点
    2.1 特殊性与复杂性
    在水利水电、电力、工民建、交通、港航、航天、航空、地矿、市政建设等等凡是存在土建工程,要与地质体(地基)打交道的行业,都有工程地质专业,因此,我们称工程地质专业是工程建设的基础性专业,是不必争议的。由于水利水电工程建设自身的特殊性和复杂性,使得水利水电工程地质又是所有这些不同行业的工程地质专业中涉及面最广、问题最复杂、任务最艰巨、声望最高、最具权威性的业界龙头。
    水利水电工程建设的特殊性首先表现在工程建筑物的特殊性。工业与民用建筑到处可以见到基本相同甚至完全相同的建筑物,可以部分或全部套用标准设计图纸。而水工建筑物则不然,世界上有成千上万座水库大坝,你就很难找到两座完全相同的大坝。决定大坝的规模、坝型、结构等工程要素的自然条件很复杂,而工程地质条件则是最主要的自然条件之一。水工建筑物的第二个特殊性是与水打交道,所承受的主要荷载是水荷载。水利水电工程不允许失事,一旦失事,损失将十分惨重。
    水利水电工程建设的复杂性主要表现在工程规模大,专业多,涉及面广,投资大,工期长,建筑物的形式、结构、功能、荷载组合等等都十分复杂,特别是大型特大型水利水电工程更是如此。例如举世瞩目的三峡水利枢纽工程,涉及到中国的政治、经济、社会、资源、环境、文化等方方面面,你很难找到其它基建工程可以等同于这样的水利水电工程。因此,水利水电工程地质专业的特殊性与复杂性是由水利水电工程建设的特殊性和复杂性所决定的,同时,工程区自然地质环境的复杂性也决定了这个专业的技术难度。
    2.2 实践性与经验性
    水利水电工程地质的另一特点是强烈的实践性与经验性。在中国水利学会勘测专委会1999年度学术研讨会上,工程地质界知名前辈专家天津院的李仲春教授语重心长地警示工程界:工程地质这个专业太难了,工程地质决策不是通过计算和试验所能左右的,很大程度上取决于我们的工程经验,即是十分成功的工程,也很难证明它既安全可靠又经济合理。李仲春教授的肺腑之言充分表达了工程地质专业的实践性与经验性的深刻含义。
    工程地质理论上的任何一项新进展,新方法,新技术,都必须通过大量试验研究、分析论证和工程实践的检验。例如,近二十年来随着数理基础学科和计算机技术的发展,坝基、洞室和边坡稳定性分析计算的理论和方法有了长足的进展,但是这些计算成果仍然只能是工程设计和决策的一种参考,因此在工程界有一种通用说法:不可不信也不可全信。许多工程实例足以说明采取慎重态度的必要性。有些工程从分析计算上看是安全的,实际上却出了问题;而另一些工程通过计算认为不安全,但却安全运行了数十年。因此我们搞工程建设,工程经验往往又是起决定作用的。
    2.3 工程地质问题的长期性与隐伏性
    水利水电工程地质的第三大特点:在地质体中留下的工程隐患具有长期性和隐伏性,甚至具有不可预见性。法国Malpasset拱坝失事和意大利Vajont水库大滑坡,均为水工史上震惊世界的惨痛教训,其地质隐患在整个勘测设计施工的全过程中没有丝毫警觉。葛州坝工程坝基软弱夹层问题导致工程停工,重新补充勘探并对设计进行重大修改。南盘江天生桥二级水电站厂房建在一个古滑坡上,开工后实在施工不下去了,搬出滑坡体后又位于另一个滑坡体的脚下。该电站的引水隧洞工程地质条件更是复杂得令建设者们防不胜防。由于地质体中留下的工程隐患造成的工程事故,轻则修改设计,重则工程报废,或造成生命财产的重大损失,这样的例子实在太多,举不胜数。
    2.4 工程地质测不准原理
    著名的量子力学测不准原理:“不能同时测准粒子在某一瞬间的速度和位置”。我们不妨借用这个原理来揭示工程地质的一些本质性问题。事实上,地质体中的某些性质的确是测不准的。例如某一组结构面的产状,你只能用一个区间值来表述,如果仅用一个确定值来表述则肯定不符合客观实际。又如工程地基岩体的物理力学参数,它只能是一个区间值或统计值,因为地质体中每一点的性质都可能是变化的。地质参数精确到某一个具体数值的时候,千万不要把它当成是绝对准确的,否则会误导精确评价的可信性。据此,我们可以将工程地质测不准原理表述为:“地质体的工程性质不可能用绝对准确的参数来确定,它们只能是通过地质测绘、勘探、试验、分析、统计和经验判断后提出一个建议区间值,供设计师根据建筑物的性质在这个区间值中选取设计采用值”。近二十年来,概率统计、模糊数学、灰色理论等数理学科广泛应用于工程地质分析领域,可以说是对工程地质测不准原理的有力支持。有些设计师不能理解地质师为什么只能提出区间值,而不提出确定的数值,当他们对测不准原理透彻理解之后,这种疑问将会自然消除。
  3 工程地质的技术进步
    工程地质勘察技术近二十年来有了长足的进展。测量、物探、钻探、试验等在仪器、设备、新技术、新方法、新手段方面不断推陈出新,为工程地质提供了强有力的技术依托。由于有了各种新技术的支持,工程地质分析从定性到定量就成为可能。定量分析的新理论层出不穷,在学术界十分活跃。
    计算机技术的发展对工程地质来说是一场真正的技术革命,从外业资料收集和内业资料整理的工作程序、工作方法、产品成果、质量标准等等均与传统的工程地质有较大的差异,应用前景振奋人心。“工程地质计算机应用技术协作网”业已正式成立,必将对工程地质技术进步起到积极的推动作用。工程地质计算机应用主要包括六大课题:①数值计算;②制图;③数据库;④文档管理;⑤专家系统;⑥网络系统。这六大课题既是多年来本专业计算机应用的实践,也是我们将继续探讨的主要课题,还需要在今后的实践中赋予新的内涵。
    4 工程地质专业的任务与责任
    工程地质专业的主要任务是:①选址,选择在地质条件上相对最优的工程建筑地区或场地;②评价,阐明工程建筑区或场地的工程地质条件,进行定性和定量的工程地质评价,准确界定工程地质问题;③预测工程建筑物兴建和运用过程中地质条件的可能变化,为研究改善和治理工程地质缺陷的措施提供依据;④调查工程建筑物所需的天然建筑材料等。归纳起来的表述:为工程建设提供基础性和专门性地质资料,为工程选址、建筑物设计以及不良地质条件的工程处理提供技术依据,同时对地质环境的变化作出预测。

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