热烈庆祝潘家铮两院院士80华诞及钱七虎院士70华诞
岩石力学的未来在中国
--现状和展望
摘要：本文为庆贺潘家铮两院院士80寿辰及钱七虎院士70寿辰而作，主要论述了中国岩石力学与工程以往取得的成就，并对今后的工作进行了展望。在此基础上，提出了一些意见和建议。 关健词：岩石力学与岩石工程; 古希腊文化中国；成就; 展望
The Future of Rock Mechanics Lies with China
--An overview and outlook
FU Bingjun1
(1.Chinese Society for Rock Mechanics and Engineering，Beijing 100029)
ZHANG Jingjian2
(2.North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou, 450011)
LI Zhongkui3
(3.Tsinghua University, Beijing China，100084)
Synopsis: This paper is dedicated to Prof. PAN Jiazheng----Fellow, both of the Chinese Academy of Sciences and Chinese Academy of Engineering and also to Prof. QIAN Qihu, Fellow of the Chinese Academy of Engineering for congratulating their 80th and 70th birthday. It describes some achievements over the past years and the an outlook to the future in the field of rock mechanics and rock engineering in China. After that, comments and suggestions related to some topics common concerned are put forward .
Key words: rock mechanics and rock engineering; China; achievement; outlook
引 言
岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩石的力学以及与力学有关现象的一门新兴科学。它不仅与国民经济基础建设、资源开发、环境保护、减灾防灾有密切联系，具有重要的实用价值，而且也是力学和地学相结合的一个基础学科[1]。 岩石力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。早在远古时代，我们的祖先就在洞穴中繁衍生息，并利用岩石做工具和武器，出现过“石器时代”。公元前4000多年，新石器时代的巨石文化在欧洲曾风行一时。目前，屹立在英格兰南部举世闻名的巨石阵（Stonehenge）就是其中的一个遗迹。公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前6世纪，巴比伦人在山区修建了“空中花园”。公元前613-591年我国人民在安徽?河上修建了历史上第一座拦河坝。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江堰水利工程。公元前254年左右（秦昭王时代）开发出钻探技术。公元前218年在广西开凿了沟通长江和珠江水系的灵渠，筑砌石分水堰。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，我国杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-降膜吸收塔张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方 面的基本知识。但是，作为一门学科，岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。当时世界各国正处于第二次世界大战以后的经济恢复时期，大规模的基本建设有力地促进了岩石力学的研究与实践。岩石力学逐渐作为一门独立的学科出现在世界上，并日益受到重视。1962年国际岩石力学学会（ISRM, International Society for Rock Mechanics）的成立，标志着岩石力学的发展进入一个新纪元。
目前国际上已建和在建的大坝，最大高度超过300m，地下洞室的最大开挖跨度超过50m，矿山开采深度超过4000m，边坡垂直高度达1000 m， 石油开采深度超过9000m，深部核废料处理需要考虑的时间效应至少为1万年，研究地壳形变涉及的深度达50-60km，温度在10000C以上，时间效应为几百万年。今后，随着能源、交通、环保、国防等事业的发展，更为复杂、巨大的岩石工程将日益增多。但是，国际上有许多工程由于对岩石力学缺乏足够的研究，而造成工程事故。其中最著名的是法国马尔帕塞（Malpasset）拱坝垮坝及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡。
马尔帕塞薄拱坝，坝高60 m，坝基为片麻岩，1959年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑动，造成溃坝惨剧，400余人丧生。瓦依昂双曲拱坝，坝高261.6 m，坝基为断裂十分发育的灰
岩。1963年大坝上游左岸山体发生大滑坡，约有2.5-3.0亿立米的岩体突然下塌，水库中有5000万立米的水被挤出，击起250 m张德英高的巨大水浪，高约100 m的洪波溢过坝顶，死亡3000余人。
近年来，虽然岩石力学得到突飞猛进的发展，但与岩体失稳有关的大坝崩溃，边坡滑动，矿山瓦斯爆炸，围岩地下水灾害等惨剧仍时有发生。诸如此类的工程实例，都充分说明能否安全经济地进行工程建设，在很大程度上取决于人们是否能够运用近代岩石力学的原理和方法去解决工程上的问题。当前世界上在建和拟建的一些巨型工程及与地学有关的重大项目都把岩石力学作为主要研究对象。
如前所述，生产活动是推动岩石力学发展的动力。进入21世纪以来，在全球范围内，经济发展及基础建设的格局发生了相当大的变化。中国的和平崛起已成为不争的事实，连一向以严谨著称的美国《时代》周刊也在2007年1月22日的刊头以“中国世纪”为题加以报导。近年来，随着国民经济的持续、稳定发展，我国的大规模基础建设越来越为世人所瞩目。目前，我国已建或在建的三峡水利枢纽、南水北调、西气东输、西电东送、青藏铁路、越江跨海隧道、深部采矿等工程无不令国际同行惊羡不已。岩石力学与工程在我国已经成为
名符其实的朝阳产业。而在欧美一些发达国家由于经济发展缓慢，基础建设规模萎缩，岩石力学与工程已丧失昔日辉煌，沦为夕阳产业。两者之间形成鲜明的对比。
基于上述事实，国际岩石力学学会前任主席、美国科学院院士C. Fairhurst教授在2004年12月21日给本文第一作者的来信中明确地提出了“岩石力学的未来在中国”这一论点[2]。目前，上述论点已成为国际岩石力学界的共识。
但是，我们也应该清醒地认识到，现阶段我国只能算是一个岩石力学大国，算不上岩石力学强国。在科技创新方面，与国际先进水平相比还有不少差距。要实现从岩石力学大国到岩石力学强国的转变，还需要做出长期、艰苦的努力。因此，在这个重要的转折时期，对我国岩石力学发展的现状和未来提出一些粗浅的看法，也许是有益的。
一、中国岩石力学与岩石工程的主要成就
1．简单的发展历程[1]-[9]
在解放前的旧中国，连年战乱，民不聊生，岩石力学研究基本上是空白。中华人民共和国成立以后，随着水利、水电、采矿、交通、建筑、冶金，国防等建设工程的发展，提出
了大量急待解决的岩石力学问题，从而使这门学科逐步发展壮大起来。上世纪50年代初，一些单位就建立了岩石力学实验室，初步开展了若干研究工作。而系统地、全面地对岩石力学进行研究，是从1958年开始的。当时，为适应长江三峡水利枢纽建设的需要，在国家科委领导下成立了三峡岩基研究组，以长江流域规划办公室及中国科学院为主体，在陈宗基教授指导下，集中了全国水利、水电、建工、矿冶、高等院校等18个单位100余名科技人员，下设大坝地基、地下结构、岩质边坡、动力特性、灌浆加固等5个专业组，在室内外开展了大量试验研究工作，例如：岩体流变试验，隧洞压水试验，地应力测试，振动爆破试验等。根据科研工作的需要，还研制成功一批仪器设备，例如：岩石三轴仪（垂直总荷载5000kN，侧向压力改革开放四十周年论文150Mpa，试件直径9cm，高度20cm），大型电磁振动台，岩石扭转流变仪，液压钢枕等。三峡岩基组的工作，不仅对我国水工建设岩石力学的发展起重要作用，也为中国岩石力学的发展奠定了基础。愈慢愈美丽
文化大革命期间，同全国的情况一样，我国的岩石力学事业遭到极大的破坏。尽管如此，我国的科技人员仍然发挥自强不息的爱国主义精神，在若干重点工程，例如在葛洲坝、刘家峡水利水电工程，金川镍矿工程、成都?昆明铁路工程及国防工程建设中，做出了突出的贡献。其中，针对葛洲坝水利枢纽进行的岩石力学研究最有代表性。
葛洲坝工程是我国于上世纪70年代在长江干流上自行设计、自行施工的第1座巨型水利枢纽，有“万里长江第一坝”之称。主要的工程地质问题是坝基中广泛分布有原生或构造软弱夹层，总计约80余层。在陈宗基先生指导下，来自水利电力部、中国科学院等单位的科技人员对此进行了系统深入的研究。为全面探索夹层的矿物、物理、力学、化学性质，除进行一系列宏观、微观分析外，着重进行了室内和野外抗剪、蠕变、松驰、振动爆破及抗力体试验。在抗剪蠕变试验中，考虑到浸水、振动、长期渗透、反复荷载等因素对强度参数的影响。野外抗剪蠕变试验采用的试件尺寸为50cm×60cm，持续时间长达3个月。抗力体试验尺寸分别为11.65m×1.70m×2.30m及9.54m×1.70m×2.30m产品样本制作（长×宽×高），规模之大，在国内外均属罕见。根据大量试验研究结果，运用流变力学原理，解决了软弱夹层及非连续、层状岩体结构的力学问题，并提出了有关的数学、力学模型及计算方法，为大坝设计和施工提供了重要依据。
在极为复杂的岩基上兴建如此巨大的工程，当时在国内外均无先例可循。通过兴建葛洲坝，不但有力地促进 了我国坝工技术的全面发展，而且在岩石力学发展史上，也堪称一个重要的里程碑。
此外，针对金川镍矿的复杂岩体结构，高地应力，大变形，露天矿稳定及监测等重大问题，谷德振先生在这期间也组织了一批科研骨干在现场共同攻关，取得了丰硕的成果，堪称综合研究和多学科合作的典范。
我国实行改革开放政策以来，岩石力学得到突飞猛进的发展。1978年12月26日，中国科学院、外交部联合向国务院呈送了“关于拟申请参加国际岩石力学学会和出席该学会第四届大会的请示”报告[（78）科发外字第2041号]。同年12月31日获得国务院方毅等5位副总理的批准。紧接着，我国即正式成立了国际岩石力学学会中国组织（National Group China, ISRM）,并以团体会员名义加入国际岩石力学学会。1979年9月以陈宗基先生为团长、谷德振先生为副团长的中国10人代表团参加了在瑞士Montreux召开的第4届国际岩石力学大会。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议