四、工程地质学发展的历史和总趋势
早在人类许多巨大的工程建设活动中,就反映出当时有些工程地质方面的知识萌芽。例如,2000多年前修建的四川省都江堰分水灌溉工程,就是根据河流动力学原理,充分利用地形地貌地质条件,开凿了“宝瓶口”、修建了“分水鱼嘴”和“飞砂堰”,至今仍发挥着巨大的灌溉效益。举世闻名的大运河、万里长城,也是考虑了其地形地质条件的。许多古代桥梁、宫殿、庙宇、宝塔建筑,也是符合当地的地形地质条件和建筑材料条件的。这些古老的建筑物,其所以坚实稳固,能经历千百年风雨而巍然屹立,是由于当时选定了良好的地基,进行了适合的加固处理,选用了坚固美丽的石料,说明当时对其工程地质情况都有必要的了解。建国前,我国工程地质学也只是处于萌芽状态,既得不到重视,也未能发挥作用。解放后,随着大规模经济建设的开展,工程地质学和其他科学一样,得到了蓬勃发展。在建国初期,从原苏联引进了工程地质的基础理论和工作方法,经过实践、总结、革新、提高,使工程地质学从无到有,技术力量从小到大,且迅速发展壮大。当前在工程实践中,已形成了具有我国自己特色的科学体系和一支强大的工程地质勘测技术力量。集中表现在黄河上的龙羊峡水电站(装机160万kW)和长江葛洲坝水利枢纽工程(装机270万kW)的建设成就上。
工程地质学作为一门应用地质科学的出现,在国际上的形成也仅仅是本世纪二三十年代的事。特别是近30多年来,由于人类工程活动的范围愈广、规模愈大、难度愈高,因此研究领域日益扩大,突出的表现为向海洋和地壳的深部挺进。如深埋隧洞、深采巷道、海底隧道等不断出现;矿产采深超过千米;露天矿边帮高度已达400~500m,有的甚至达800m;大坝高度已超过300m;高层建筑物最高已达100层以上;海底石油、天然气的开采和海岸的工程建设都在大力开展,这就使工程地质学的研究愈来愈受到重视。同时,30多年来,国际上由于地质原因引起大坝破坏失事已有多起。如1959年法国的马尔巴赛坝(高度66.5m),因左岸坝肩岩体受挤压破坏而导致坝体突然崩溃;1963年意大利的瓦依昂水库,因库区大滑坡引起200多m高的涌浪越坝而过,使工程失效;1963年美国的鲍德温山水库,因库坝区断层的沉陷、挤压而失事;1973年美国的提堂土坝(高度93m),因机械潜蚀而溃决。这些惨痛的教训,引起了工程学术界的震惊,也促进了对工程地质学理论和预测能力的探索,并加速了国际上工程地质学的蓬勃发展。
我国水利(能)资源极为丰富,为世界之首。已建成各种类型的大中小水库8.7万余座,总库容约4200多亿m3,装机总量约2300万kW,但仅占蕴藏量的5%。现今,拟在长江、黄河的中上游,以及雅龚江、大渡河、乌江等处修建一批大型水电站(总装机3000万kW以上);南水北调、引黄灌晋等跨流域的大型水利工程也已提上日程;建设工业基地、开发海洋油田,以及修建新型技术难度大的建筑物(如核电站、抽水蓄能电站、工业污物地下存放工程、海底隧道、跨海大桥等),无疑将存在着一系列复杂的工程地质问题。这不仅说明建设任务的艰巨光荣,也说明在建设中工程地质的地位也更加重要。尽管我们在一些技术上与国外相比,还有差距,但我们坚信只要实事求是、坚信科学,在党的领导下,它将会不断的得到新发展(即在理论上有所突破、方法上有所创新),这就有待工程地质工作者共同努力。展望未来,工程地质学发展的总趋势,主要概括为四个方面。
(1)不断开拓新的研究领域。由于人类工程活动的范围更广更深,规模更大,难度更高,一系列新的工程地质问题需要认真的探求,由此将促进工程地质学领域中出现一系列新的分支学科。除已经形成的水利水电工程地质学、铁路工程地质学、区域工程地质学外,又形成了海洋工程地质学、矿山工程地质学、环境工程地质学、地震工程地质学、地下工程地质学、城市建设工程地质学等。可以肯定,它的发展不论在时间上,还是在空间上都是无止境的。
(2)分析评价工程地质问题,由定性向定量发展。在工程地质发展的初级阶段,只是继承了传统地质学的理论和方法,对工程地质问题,也只能进行定性的分析与评价,当然不能满足工程建设的要求。随着工程活动的日益扩大,逐渐将土力学、岩体力学引进了本学科,并促进了其发展。当前,工程地质学充分利用地学领域的成就,在工程建设的各阶段,将与岩土力学、岩土工程更密切的结合;在研究不同类型建筑物工程地质条件和不同阶段工程地质参数时,将与数学、力学、应用地球物理及遥感遥测技术相结合;在进行工程环境的综合评价及研究环境地质保护、开发利用时,将与水文地质等相结合。从而促使其在分析评价工程地质问题时,不断由定性向半定量、定量发展。这是提高工程地质学理论和实践水平的重要途径。
(3)研究视野向宏观更宏、微观更微的方向发展。由于空间技术的应用,卫片、航片已成为研究区域工程地质条件的重要手段之一,可以极目大地、鸟瞰全区,研究视野更加宏大。电子显微镜的应用,对研究微粒矿物的成分、结构等提供了条件,使研究视野更加细微深入。
(4)工程地质勘察广泛采用新技术。当前地质勘探虽以钻探为主,但发展方向则是全面的机械化、自动化、轻便化和一机多能化。测试技术发展方向则是以探测结合、原位测试为主,以及一些轻便、简单、快速、可用于室内外的中间型试验(点荷载试验、携带式剪切盒试验、裂隙性能的巴顿试验等)。电子计算机技术主要应用于测试数据的数理统计处理及岩体稳定计算,亦将更广泛的应用于储存、自动处理,以及自动检索资料等。
纵观我国工程地质事业,不论在理论上,还是在实践上都急待迅速提高,这对工程地质工作者提出更高的要求,要求我们必须不断探索实践,尽快地发展我国的工程地质事业,为建设有中国特色的社会主义做出更大的贡献。