工程地质学的发展

  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：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。

 

  为了完成以上任务，需要针对工程建筑物区进行工程地质勘察和工程地质分析，界定和研究主要工程地质问题。工程地质勘察需要勘察目的明确，工程概念清晰，勘察手段多样，勘探精度满足要求。工程地质分析要求方法正确，计算可靠，参数可信，建议措施符合工程实际。工程设计最关心的是建筑物地基的工程地质条件和物理力学性质，因此工程地质工作的最终体现是工程地质定性和定量评价。

 

  工程地质专业只对提交给设计采用的地质资料负责，其物理力学参数也仅仅是建议值，不在建议值范围之内的设计采用值和不适应地质条件的设计方案，地质师不负责。但是，地质师有责任对不符合或不适应地质条件的设计方案提出质疑，对可能存在的工程隐患要与设计师充分交底，对不良工程地质缺陷有责任提出工程处理措施的建议。

 

  一般说来，正规勘测设计院的勘测队伍，已经过几十年工程实践的检验，在正常情况下都可以完成以上任务并尽到地质专业的责任。本文以下章节列出的工程地质工作中存在的若干问题，是归纳了笔者从事工程地质工作十多年来的所见所闻，供地质师们分析问题时

 

  参考。

 

  5 工程地质工作存在的问题与对策

 

  5.1 工程地质勘察的质量问题

 

  在工程地质勘察过程中，一般问题较多的是工程概念不清，勘探侧重点不明确，针对性不强，方法不当，手段落后；工程地质分析工作中所选择的理论、方法、计算公式等与实际情况有较大出入，其适应条件的物理意义混淆不清；地质报告中基本地质条件不清楚，主要工程地质问题界定不准确或论证不充分，有问题遗漏甚至结论性错误；有些地质报告没有地质结论，也有些工程没有做多少地质工作就先下结论，极不严肃。此类问题往往造成阶段性工程审查不能一次性通过，可能延误开发时机；或者尽管通过了审查，但却给工程留下了隐患，这种情况的危险性更大。

 

  5.2 相关专业的理解问题

 

  一种情况是地质师对其它专业不理解，这需要加强跨专业的学习。另一类现象是设计施工等相关专业对工程地质的不理解。有的不懂地质却偏要提出一些不切实际的勘探要求，有的工程由设计人员来布置地质勘探工作；有的设计人员对地质专业知其然不知其所以然，自以为是包打天下，不结合地质条件设计不当；也有的是不尊重自然地质规律，野蛮施工，严重破坏地质体的自然结构，造成重大工程事故。所有这些非地质专业的问题，往往在出了问题之后又向地质专业推卸责任，令地质师们不知所云。工程地质界知名专家学者孙广忠教授指出:“实际上，在地质工程实践中脱离地质实际的实例随手可拾，可以说，地质工程施工中出现事故的绝大部分是设计和施工脱离地质实际的结果，或者是对工程地质条件没有搞清楚或认识不清的结果，如果离开了地质基础，则其理论必将脱离地质实际必将作出错误的结论”。

 

  潘家峥院士等前辈专家早已强调过地质学水工，水工学地质。足以可见专业之间的交叉渗透问题，早已被专家们的真知灼见道出了关键，就看我们作何行动。

 

  5.3 勘测周期不合理的问题

 

  从工程地质勘察到地质报告的提交需要一定的工作周期，这是再简单不过的道理。但有些工程没有基础性的前期投入，一旦要报项目，立即就要求提交地质报告；还有些工程是今天提交了可研报告，明天就提交初设报告。此类情况多为地方性工程，一般国家投资的大型工程出现这种局面的不多。没有足够的勘测周期所造成的后果是严重的，地质条件不清楚，投资控制不住，施工后修改设计，或由于地质问题造成承包商巨额索赔等等。更可怕的是留下了工程隐患，可能造成重大工程事故。

 

  5.4 规程规范的问题

 

  规程规范的问题较多，甚至产生了一些混乱。水利系统与水电系统的勘测设计阶段不一致，规程规范也有区别。历经十多年的编写报批，1999年才颁布的国家标准《水利水电工程地质勘察规范》，在勘测程序和新技术的应用方面都已经明显地落后于时代的发展，一经颁布实施就难以把握。更为令人难以理解的是另一部国标《岩土工程勘察规范》并不完全适合于水利水电工程地质，而建设部的一些工程勘察监督机构则以此为依据对水利水电勘测设计单位实施质量检查，使勘测单位不得不准备满足两种规范的两套地质报告分别对付审查和检查。规程规范的修订和出台周期太长，完全不能满足工程建设的需要。水利与水电分家之后，对于工程地质这个专业来说其工作性质是一样的，但却存在不同的技术标准和勘测程序，这种情况还要继续下去，需要寻求解决或协调方案。

 

  5.5 人才问题

 

  文革十年造成的人才断层已经出现。有丰富工程实践经验的前辈地质师相继离岗，各勘测设计院明显缺地质总工人才，八十年代期间各院比较整齐的地质副院长和院级地质总工，近年来在一些勘测设计院已经相继断档，或后继无人，或后备人才尚不成熟。勘测行业不景气，

 

  社会地位和经济地位与工程地质专业不相适应，工作环境、工作条件的局限，人才资源开发机制的问题，择业行为中的浮躁动机等等，都不同程度地影响着优秀地质师的成长。

 

  高质量高水平的工程地质分析成果，出自于高水平高素质的地质师。有人说二、三年就可以培养出地质专家，实属无知。要培养出一个具有工程地质分析能力，能够解决复杂问题的地质师，没有十年以上的功夫，大量的工程实践，自身的敬业精神，理论联系实际，相关学科专业的学习和渗透，是决不可能的。十年树木百年树人，在地质师的培养过程中可以充分体现出来。培养优秀地质师的难度可以说远远超过培养博士、研究员和教授的难度。

 

  社会的发展和日趋激烈的竞争市场，对地质师素质的要求也将越来越高，最好是跨专业的复合型人才。竞争的实质是人才的竞争。勘测队伍要走向市场，必须重视高素质人才的培养，重视人才资源的开发。

 

  5.6 技术管理问题

 

  工程地质勘察质量的控制，技术管理是主要环节之一。近年来一些单位提交的勘测设计报告中的地质章节不是地质师写的，报告的编制人中没有地质专业负责人，或地质报告没有院级地质负责人审查把关，报告和图纸中的错误较多。这种情况给总院增加了审查难度，同时也有损勘测设计单位的质量和水平形象，还会延误工程报批的时机。当然也有上级单位工程审查把关不严，助长了这种技术责任心不强的现象。

 

  5.7 其它问题

 

  前期工作投入不够，有些地方部门长期拖欠勘测经费；体制问题，市场竞争不规范，非水利水电勘测单位从事水利水电勘测工作存在工作方法、技术要求和工程地质评价等方面的差异；勘测工作经费仍然按落后的实物工作量计算，造成多勘探多争钱，地质分析多出力多赔本的事实上的不合理现象，长期以来得不到解决。勘测技术的科技含量低，新技术新方法投入少，不能满足现代工程技术发展的要求。

 

  5.8 今后十年将进入工程事故的高发期

 

  鉴于对以上若干问题的担忧，今后十年有可能是我国水利水电工程事故的又一个高发期，这一悲观性预测有些危言耸听，但愿不要成为被不幸言中的事实。

 

  5.9 解决问题的对策

 

  解决问题首先要分清责任。规程规范和部分技术管理方面的问题应该由总院负责；勘测周期不合理，前期工作投入不够等问题应该是地方部门或者计划部门负责；质量、人才、相关专业的协调等问题自然应该由勘测设计单位负责；其它问题大家都有责任，但主要还是取决于大环境。

 

  责任分清楚了，落实到要有人来抓，所有问题虽然我们不敢说都能很好地得到全面解决，但至少可以前进一大步。最可怕的是大家都在畅谈必要性重要性，结果都是纸上谈兵，没有实际行动。笔者在这里也就是夸夸其谈而已，不可能提出可以操作的具体解决方案，这种方案也不该我们提，该谁提？当然应该是谁负责抓，谁就提方案追落实精指挥勤检查，最终归结到谁领导的关键问题上。到此为此，我们的对策就算出台了。

 

  其实，我们这里列出来的众多实际问题，本质上和深层次的是体制和机制问题，需要通过改革才能从根本上解决。随着勘测设计市场化进程的加快，新技术与旧管理的冲突，老观念与新思想的交锋，既是矛盾又是改革的动力，这是不难理解的。

 

  6 工程地质要抓住机遇迎接挑战

 

  汪恕诚部长曾经讲话强调：“不能老修改设计，因为搞招投标尤其是国际合同，修改设计就意味着被索赔”。少修改或不修改设计，是对工程地质提出的更高要求。基本地质资料不准，修改设计就是必须的。高标准严要求就是挑战和机遇。

 

  人类社会的进步与发展，实际上又是一部人与自然相互协调和相互影响的壮丽史诗。以前我们把人与自然的关系当成是与天斗与地斗的斗争关系，实践证明，人与大自然斗争的结果，虽然取得了一些局部性的小胜利，而大自然反过来对人类的惩罚却是灾难性的。人类的每一次产业革命，无不与工程建设有直接关系，与地质环境有直接或间接关系。建国以来，我国的基本建设此起彼伏，水利水电工程建设从无到有，新一轮的建设高潮正在兴起。在多专业组成的基建队伍这个庞大乐团中，地质师要起到指挥和首席演奏家的作用，甚至还要担负起独奏华彩乐章的作用。

 

  尽管工程地质学科正在经历着前所未有的挑战，工程地质工作也存在着这样那样的问题和难题，然而这更是机遇。抓住机遇迎接挑战，顺应自然，保护环境，防止灾害，造福人类，是工程地质学家和地质师的艰巨任务和不可推卸的责任。