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你应该知道的关于工程地质与岩土工程的那些事

87 2018-04-18 09:04:28

你应该知道的关于工程地质与岩土工程的那些事


岩土工程

工程地质与岩土工程的区别

工程地质学(Engineering Geology)是研究与工程建设有关地质问题的科学(张咸恭等著《中国工程地质学》)。工程地质学的应用性很强,各种工程的规划、设计、施工和运行都要做工程地质研究,才能使工程与地质相互协调,既保证工程的安全可靠、经济合理、正常运行,又保证地质环境不因工程建设而恶化,造成对工程本身或地质环境的危害。工程地质学研究的内容有:土体工程地质研究、岩体工程地质研究、工程动力地质作用与地质灾害的研究、工程地质勘察理论与技术方法的研究、区域工程地质研究、环境工程地质研究等。 

岩土工程(Geotechnical Engineering)是土木工程中涉及岩石和土的利用、处理或改良的科学技术(国家标准《岩土工程基本术语标准》)。岩土工程的理论基础主要是工程地质学、岩石力学和土力学;研究内容涉及岩土体作为工程的承载体、作为工程荷载、作为工程材料、作为传导介质或环境介质等诸多方面;包括岩土工程的勘察、设计、施工、检测和监测等等。

由此可见,工程地质是地质学的一个分支,其本质是一门应用科学;岩土工程是土木工程的一个分支,其本质是一种工程技术。从事工程地质工作的是地质专家(地质师),侧重于地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究;从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目标和地质条件,建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。因此,无论学科领域、工作内容、关心的问题,工程地质与岩土工程的区别都是明显的。近年来,许多工程地质人员向岩土工程转移,结构出身的岩土工程师注意学习地质知识,这是很好的现象,但这种现象不能说明工程地质和岩土工程将 “合二而一”。


岩土工程

工程地质与岩土工程的关系

虽然工程地质与岩土工程属地质学和土木工程,但关系非常密切,这是不言而喻的。有人说:工程地质是岩土工程的基础,岩土工程是工程地质的延伸,是有一定道理的。 

工程地质学的产生源于土木工程的需要,作为土木工程分支的岩土工程, 是以传统的力学理论为基础发展起来的。但单纯的力学计算不能解决实际问题,从一开始就和工程地质结下了不解之缘。试与结构工程比较,结构工程面临的是混凝土、钢材等人工制造的材料,材质相对均匀,材料和结构都是工程师自己选定或设计的,可控的。计算条件十分明确,因而建立在材料力学、结构力学基础上的计算是可信的。 

综合判断的成败,关键在于对地质条件的判断是否正确。既然岩土体是地质历史长期演化的产物,研究其规律性,对关键性的问题进行预测和判断,就只能靠工程地质专家了。譬如要建造一条隧道,没有工程地质专家帮助,土木工程师只能“望山兴叹”。即使进行了钻探,面对一大串岩芯、土木工程师虽然能够辨别哪一段硬,哪一段软,哪一段完整,哪一段破碎,但难以建立整体概念,“只见树木、不见森林”。 

而有经验的工程地质专家,通过地面地质调查,就可大致判断地下地质构造的轮廊,就可预测建造隧道时可能发生哪些工程地质问题。再根据需要,采用物探、钻探、洞探等手段,由粗而细,由浅而深,构造出工程地质模型,明确哪些地段条件简单,哪些地段条件复杂,哪些地段可能冒顶,哪些地段可能突水。没有深厚的地质基础,哪能识别断层的存在,软夹层的空间分布,哪能搞清结构面的优势方向,地下水的赋存和运动规律, 哪能说清岩溶、膨胀岩,初始地应力对工程的影响等等。可以说,在地质条件复杂的地区,岩土工程师离开了工程地质专家将寸步难行。譬如医疗、工程地质专家的任务是协助医生对病情做出正确的诊断,并提出治疗的建议。诊断是否正确是治疗能否成功的关键,这是人所共知的。


岩土工程

工程地质与岩土工程的发展

关于工程地质与岩土工程今后发展的方向和重点,已有不少专家通过不同方式发表了意见,本文不再展开讨论。从大方向观察,工程地质与岩土工程这两个专业,既不会逐渐归一,也不会逐渐分离,而是像两条缠绕在一起的链子,在互相结合,互相渗透,互相依存中发展。下面仅就共同发展的有关问题谈些初浅看法。

  • 地学与力学的结合

地质学和力学是岩土工程的两大支柱。地质学有一套独特的研究方法,通过调查,获取大量数据,进行对比综合,去粗取精,去伪存真,由此及彼,由表及里,找出科学规律。这是一种归纳推理的思维方式,侧重于成因演化,宏观把握和综合判断。岩土工程是以力学为基础发展起来的,力学以基本理论为出发点,结合具体条件,构建模型求解。这是一种演译推理的思维方式,侧重于设定条件下的定量计算。但是,工程地质学家如果不掌握力学,则对工程地质问题难以做出定量而深入的评价,难以对工程处理发表中肯的意见;岩土工程师如果不懂得地质,则难以理解地质与工程之间的相互作用,也难以对症下药,提出合理的处置方案。这两种思维方式有很好的互补性,应互相渗透,互相嫁接,必能在学科发展和解决复杂岩土工程问题中发挥巨大作用。

  •  抓住机遇,努力创新

半个世纪来,无论工程地质还是岩土工程,我国取得的巨大成就和科技创新是有目共睹的。《中国工程地质世纪成就》和高大钊教授主编的《岩土工程的回顾与前瞻》,对这方面进行了全面总结。现在的中国,一方面是工业化尚待继续完成,城市化和新乡村的建设正在加速进行;另一方面,保护环境,使社会经济协调和可持续发展的任务已经摆在我们的面前。21世纪对中国,将是水利、水电、道路、桥隧、高层建筑和地下工程并驾齐驱的世纪,工业化、城市化、乡村现代化、保护和改善环境等同时并举的世纪。

我国地质条件异常复杂,环境特别脆弱,对工程地质和岩土工程带来了许多世界级的难题,也为创新提供了空间和机遇。例如深长隧道穿越活动断裂,异常高地温、高地应力、高压涌水、深切河谷的高边坡和高填方、大型山体滑坡、大型泥石流、跨流域调水的生态保护,软土地基上建造摩天大楼,松软土中开发地下空间,密集的城市群中进行垃圾卫生填埋等等。希望工程地质专家和岩土工程师抓住机遇,在完成工程任务的同时,发扬创新精神,提出更先进的科学理论和实用技术。要结合重大工程问题创新,结合中国特点创新,更要在原创性和概念创新方面狠下功夫。只有从原理上突破,从概念上突破,才能领导国际潮流,将我国工程地质和岩土工程的科技水平推向新的高度,走在世界前列。

  •  关于专业人才的培养

过去设置工程地质专业,培养了大批工程地质人才,是学习苏联和计划经济的结果。现在高校本科撤消了工程地质专业,大批工程地质人员转向岩土工程,是向市场经济转轨和工程建设的需要。但绝不是岩土工程可以替代工程地质,不再需要工程地质人才了。今后的岩土工程师主要来自土木系,他们虽然学过工程地质,但深度是有限的。投入工作后,侧重点和注意力主要放在工程问题的处理上,很难下功夫修补地质学功底,遇到复杂地质问题还得请教地质学家。中国的地质条件如此复杂,工程建设规模如此巨大,没有高素质的工程地质专门人才难以设想。因此,高校应将工程地质和岩土工程作为重要二级学科,培养相应的硕士和博士,作为技术骨干,不断充实到建设队伍中去。

  • 开展专业咨询服务

在市场经济环境中,工程地质和岩土工程通过企业为社会提供服务。

借鉴国际经验,有两种性质不同的企业:一种是咨询公司,为社会提供专业技术服务,包括规划、勘察、测试、设计、检测、监理等,属于知识密集型企业,第三产业。另一种是施工公司,在咨询工程师指导下从事钻探和岩土工程的实施,属于劳动密集型企业,第二产业。工程地质专家和岩土工程师主要在专业咨询公司中服务。所有咨询都是有偿服务,都有书面文件,都要负法律责任。岩土工程师和工程地质专家可以在一个公司,也可以不在一个公司。这是市场经济国家普遍采用的技术经济体制,责任明确,有利于工程地质专家和岩土工程师个人能力的发挥,将知识和技能贡献给社会。他们的权力和责任都很大,工作做好了,可以获得良好的社会信誉和丰厚的经济报酬;万一发生事故,要负法律责任,做经济赔偿,对今后继续执业也会产生很大影响。因而迫使他们必须尽心尽力,确保工程质量和安全,提高先进性和经济性。咨询公司是知识经济的重要载体,国际上是个大行业,我国目前差距很大,随着国家大力推行“一带一路”战略,必将有较大发展契机。