工程地质学的研究方法范文

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道桥工程建设在国民经济发展过程中发挥了重要的基础作用。工程地质学是制定控制地质作用与合理利用地质环境的一门科学，在道桥工程建设中具有非常重要的作用。随着当前人才市场的多元化需求，高职院校加强工程地质学教学研究，深化工程地质学教学改革，成为适应社会经济发展的市场化人才培养途径。

1.道桥工程专业工程地质学概述

道桥工程专业是专门培养各类掌握道桥工程基本知识理论技能，能够在公路隧道、桥梁建筑、地下工程、输水工程以及地基处理等领域中从事规划设计、施工管理和技术研究的高级工程人才的学科体系。工程地质学是研究与人类工程建筑活动有关地质问题的学科，工程地质学主要运用地质学原理或方法研究建设工程现场工地的地质岩层、土体结构性质以及水文变化空间分布规律，根据施工工程地质条件环境进行科学分析和预测可能存在的工程地质问题以及相关具有破坏性能的影响因素，并及时研究和制定合理的应对措施，控制不良地质现象的危害性。为保障工程建设的合理规划与正确设计、顺利施工及正常使用提供可靠的地质科学依据。工程地质学属于地质学研究的重要科学门类。

2.高职院校工程地质学教学现状

道桥工程专业的工程地质学是培养道桥工程技术应用型人才的教学。工程地质学作为道桥工程专业课程体系不可缺少的一门专业基础课，其教学内容和方法要不断地适应道桥工程建设的需要。工程地质学是研究和解决与工程建设有关地质问题的一门学科，是培养建设工程开发在人员必须具备的工程地质素质的系统工程，涉及到教材内容、教学方法、教学资源等各个环节，体现工程地质专业特点。当前市场经济环境条件下，高职院校的人才培养模式由文化型、学科型专门人才培养逐渐向创新能力高素质人才的培养方式进行转变。

长期以来，由于职业技术教育的职业性特点，高职院校道桥工程专业工程地质学教学呈现了教学师资力量薄弱，教学资源与教学环境缺失、教学模式手段滞后，实践与理论严重脱节的弊端和问题。教学理念的创新意识浮浅，淡化了道桥专业学生创新应用能力的培养。目前来说，由于工程地质学学科特点涉及面较为广泛，内容相对繁杂、逻辑性强，很多高职院校道桥工程专业工程地质学教学不能与时俱进，应用实践性差，不利于学生的综合能力提升。很多高职学校在工程地质学教学中，师资力量与学生基础落差大，受客观条件制约，多媒体等教学手段在很多高职院校的工程地质学教学方面得不到有效利用，导致学生的学习潜力得不到创造性发掘。当前社会经济的多元化发展推动了道桥工程的规模化发展，市场化人才教育改革理念促进了高职院校工程地质学教育教学的深化改革与创新实践。如何推动工程地质学教学改革的深入落实，成为新形势下高职院校道桥工程专业教学的重要研究方向。

3.当前深化工程地质学的教学改革措施

随着现代职业教育教学理念的逐步深化与拓展，加强高职院校工程地质学教学改革，适应工程建设人才资源时代性需求的具体措施如下：

3.1 强化工程地质学教学改革理念

教学理念的积极转变是实现当前职业教育教学改革的重要前提。相对来说，道桥工程专业工程地质学作为一门理论性、实践性都很强的学科，涉及的知识领域相当广泛，随着当前社会经济人才资源发展的多元化，道桥工程专业人才具有较强的市场化需求趋向。立足于当前教育改革理念的深化与落实，强化教学服务意识，充分认识高职院校教学改革的重要性和必要性，加强高职院校道桥工程专业工程地质学教学理念创新，是推动道桥工程专业工程地质学教学发展的关键。

3.2 优化工程地质学专业教学内容

教学内容是教学活动的重要载体。工程地质学是道桥工程与地质学相结合的一门边缘科学。针对当前高职院校工程地质学教学内容抽象繁杂、枯燥繁琐的普遍问题，应基于为社会培养高等技术应用人才的职业教育目标，注重教学内容的实用性和可操作性选择，在基础知识理论方面的教学内容上，尽量多涉及与专业相关的工程地质问题，把生活中的各类工程地质问题与理论内容密切联系起来。3.3 创新工程地质学教学模式方法

教学方法和教学模式是实现教育教学质量提高的重要手段，坚持实践创新原则，优化教学手段，采用多种形式的教学方法来吸引学生，有效发挥学生的主观能动性和创造性潜能，激发学生对于工程地质学研究的学习积极性。随着计算机信息技术的不断开发和应用，多媒体网络等现代化开放式教学手段已经被越来越多的应用到工程地质学课程中，坚持实践教学创新，开展校内实践活动，加大校外实践资源活动基地建设，结合生产实践中的工程实例资料，采用行为导向教学法等多种教学模式引导学生加强对工程现场的直观感受与观摩体验，在实践活动中获得各种工程地质构造知识，提高教学效果。

3.4 加强学生创新思维能力的培养

面对当前的知识经济时代，职业教育必须面向时展需求，职业能力培养成为当前时代人才发展的重要目标。工程地质学是研究地质学与道桥工程关系的地质学学科，学生必须具备相当敏锐和独特的地质工程思维方法和观察思考能力，提高学生创新思维素质，培养学生创新能力，成为当前高职院校工程地质教学改革的关键环节。

结束语：

总之，道桥工程专业工程地质学科教学，是当前高职院校培养土木工程综合型人才的有效途径。新形势下，坚持教育教学理论改革，深化教学方法研究，优化教学内容资源，是促进高职院校工程地质学教学可持续发展的重要策略。

参考文献：

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作者简介：汪演强（1955-），男，广东石油化工学院建筑工程学院工程师，主要从事岩土工程勘察及工程地质学研究，（E-mail）。

摘要：工程地质学在土木工程专业中具有至关重要的学科地位。针对目前工程地质学课程存在的主要问题，对工程地质学课程建设及教学方法提出切实可行的改革措施。全方位培养学生理论联系实际能力、分析问题和解决问题的能力、创新能力和工程意识，培养具有较高素质的高级技术人才。

关键词：工程地质学；土木工程专业； 教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1005-2909（2013）03-0091-04 一、 工程地质学的学科地位

土木工程专业人才培养方案提出的培养目标是：毕业生能在房屋建筑、工程勘察、地基基础、地下建筑、道路、桥梁等设计、研究、施工、教育、管理、投资开发部门从事技术或管理工作。工程地质学是土木工程专业一门必修的专业基础课，一方面为土力学与基础工程学等专业课程的学习奠定基础，另一方面担负着与工程地质勘察有关的应用地质学基础理论知识学习及实践实习的重要任务，培养学生的实践能力及创新精神。工程地质学通过岩土工程勘察为工程建设服务。在工程建设中首先要查明建设地区或建筑场地的工程地质条件，分析、预测和评价可能存在和发生的工程地质问题，及其对建筑物和地质环境的影响和危害，提出防治不良地质作用的措施。可见必须要有扎实的工程地质学知识才能在实际工程建设中完成工程地质勘察任务。

工程地质问题，是涉及生命和财产安全的大问题，稍有疏忽即可酿成大祸。西安建筑科技大学旧图书馆、铁一局幼儿园教学楼以及西安化工六院某家属楼等，都是由于建筑场地地质条件没勘察清楚，刚好建在地裂缝上而遭到破坏。1976年7月28日唐山7.8级大地震，造成65万多间房屋坍塌，24万多人死亡，主要是建筑结构防震措施缺失及地基液化造成的房屋倒塌，原唐山矿冶学院的图书馆楼因地基液化下陷了一层半。委内瑞拉曾发生6.4级地震，致使楼房地基土液化下陷（图1），也属于地基处理方案不合理造成的工程地质问题。2009年6月27日上海“倒楼”工程事故， 13层楼房（7号楼）整体倒覆（图2），事故原因是施工方将楼房南侧开挖4.6 m深的地下室挖出的土方堆置在楼北侧，高度达10 m左右，加上雨水渗入诱发土体失稳，致使基础桩折断楼房失去支撑而倒覆。该工程事故属人工改变地质环境及雨水渗入诱发土体失稳的工程地质问题。从以上工程事故案例可以看出，天灾固然不可抗拒，但人祸可以避免，这就要求土木工程师熟练掌握工程地质学知识。可见工程地质学课程设置，在土木工程建设中具有举足轻重的学科地位。

图1 地基土液化楼房下陷

图2 上海倒楼事故现场

二、工程地质学课程存在的主要问题

据调查了解及结合学院的实际情况，目前土木工程专业工程地质学教学在师资、实践教学方面存在许多问题[1]，而最突出的问题主要有以下两方面。

首先是课程授课学时少。土木工程专业工程地质学为30学时，实际授课课时为26学时。其他多数院校的课时设置为36学时[2]。而按新专业设置，工程地质学教学内容多，在教学内容安排上除了满足主要的工业与民用建筑专业方向外，还要兼顾道路与桥梁工程、岩土工程、地下工程等专业方向。地质基础知识是学科基础，必须牢固掌握，而工程岩土学、水文地质学基础、工程地质分析及岩土工程勘察是分析和解决工程地质问题的专业应用部分，这些知识更加重要。课时设置太少，教学深度难以达到人才培养方案中的培养目标。

其次，室内实验及野外实习少，个别院校没有开设实验实习。 因课时少，在课程设计中往往是首先减少实验实习，致使实践教学环节薄弱或缺失。同时，非地质院校开设的土木工程专业，基本上都没有地质基础方面的实验室，如矿物岩石实验室、地质构造模型室，以及野外地质实习基地。野外地质实习的师资力量也不足，一般非地质院校仅有1～2位工程地质学任课教师，不具备带领野外实习的条件，所以基本上都没有开设野外实习。学生在学习中缺少感性认识，纸上谈兵使这门实践性很强的课程教学大打折扣。

三、教学改革措施

基于工程地质学课程目前存在的主要问题及课程设置的重要性，在适当增加教学课时及工程地质实验实习资金投入的同时，依据多年教学经验，应从以下两方面着手改革。

（一）课程建设方面的改革

（1）相关课程的任课教师组成教学科研团队，开展相关的教学科研活动。由于工程地质学课程教学课时少，所以从事工程地质学教学的教师相对较少，不能形成强大的师资队伍。但工程地质学、土力学及基础工程学课程知识相关性较大，可以组成一个教学科研团队，开展相关的教学科研活动及设计性、综合性实验研究。对这些课程中相互交叉、重复的部分内容进行协商调整。如工程地质学中土的工程地质特性，包括土的物质组成、土的物理力学性质、土的分类与分级，以及地下水的径流状态等，在土力学中属于重点内容。房屋建筑工程地质问题及深基坑开挖工程地质问题，在基础工程学中有较详细讲授。这些内容在工程地质学中不宜重复授课。

（2） 充分利用实验室教学资源。 据调查了解，许多理工科院校在开办土木工程专业的同时，也开设有地理科学类专业，广东石油化工学院也开设了这两个专业。地理科学类专业开设的地质学也都需要进行地质基础实验。为充分利用实验室教学资源，节约实验室重复建设的资金投入，建议两个专业共同建设使用矿物岩石实验室、地质构造模型室，完善地质基础实验教学。开展常见造岩矿物及三大类岩石的认识、鉴定实验，增强学生对矿物、岩石的感性认识，开展地质构造模型实验，使学生理解并掌握地质构造的立体空间展布。

（3）开设岩土工程勘察综合性实验。在土木工程专业人才培养目标中可见，毕业生应能在工程勘察部门从事技术及管理工作。因此，在加强岩土工程勘察理论知识讲授的同时，有必要开设岩土工程勘察综合性实验。把工程地质学、土力学、基础工程学与工程测量等课程中简单、分散、独立的相关实验统一起来，组合成为岩土工程勘察综合性实验。实验内容包括对某一建筑场地测量定位、钻探、原位测试、采取岩土试样、鉴定描述、室内土工试验，综合分析评价，确定土岩层承载力特征值，建议建筑物的基础持力层及基础类型，提出与建筑场地、环境相关的岩土工程综合治理建议。综合性实验旨在把实验项目与生产实际联系起来，培养学生的动手能力、综合运用能力、创新能力。岩土工程勘察综合性实验应连续进行，独立设置课程，时间具有连续性，可以培养学生连续工作的毅力和能力，利于学生提前熟悉就业环境，增强工程意识，形成严谨的科学态度。岩土工程勘察综合性实验更贴近土木工程专业实际，体现大工程观的教育思想。

（4） 开设工程地质相关的专题讲座。 定期开设工程地质相关专题讲座，介绍工程地质与工程建设的依附关系，介绍工程建设、岩土工程治理等方面有关工程地质的典型案例和最新研究成果，提高学生对工程地质学的学习兴趣和日后工程建设设计施工时对工程地质条件的重视。介绍工程地质的新理论、新技术和新方法，拓宽学生的知识面，开阔视野，使学生更多地了解、接受最新的前沿科技成果，使学生能站在更高、更广的角度分析问题，为学生将来成为优秀的土木工程师打下扎实的基础。

（二） 教学方法改革

（1）首先要教会学生获取知识及创新的能力。 大学本科教学的核心并不是让学生去掌握某一种实验方法或某一个专业知识，而是让学生学会发现问题、解决问题的思路及方法，培养学生获取知识及创新的能力[3]，实现青出于蓝而胜于蓝。根据专业特点，掌握地质学“将今论古、以古证今”的思维方式和研究方法，养成从地质演化角度分析工程地质条件的思维习惯。地球的内外力地质作用是永不停息的，无时无刻都在按地质演化规律发生着变化，特定的建筑工程与场地地质环境之间是有条件的、动态的平衡，一旦某一因素的变化超越了平衡极限，平衡被打破，工程地质条件就要发生变化，甚至危害建设工程，引发建设工程事故。学会分类、总结、归纳及演绎的逻辑思维方法，将复杂的地质现象（问题）简单化，将特殊的地质现象（问题）典型化，将一般的地质现象（问题）规律化[4]。提高学生自主获取知识的能力，拓展思维，使学生能在课堂授课时间以外，通过自学获得更多有关工程地质的知识，为日后的拓展学习奠定基础，增强创新意识，提升创新能力。

（2）重视学生对实物标本的接触观摩鉴定，实施全开放实验。为学生认识、鉴定常见造岩矿物及常见岩石创造条件，实施全开放实验。也就是在相应的内容讲授及实物标本鉴定演示后，把多套常见矿物岩石标本分组留给学生长时间保管。如图3所示，学生在宿舍利用课余时间做常见矿物岩石鉴定实验，学生在做鉴定实验时允许其刻划、敲打标本，让学生有较多机会接触、认识、鉴定实物标本，并相互交流讨论鉴定体会，反复识记常见造岩矿物及岩石的主要特征。填补部分院校没有地质基础实验室的缺陷，可以收到在实验室实验异曲同工的效果。在实际工作中常见的矿物主要有石英、长石、云母、方解石等，常见的岩石主要有花岗岩、闪长岩、玄武岩、砾岩、砂岩、泥岩、页岩、石灰岩、片麻岩、千枚岩等，这些矿物岩石标本比较容易采集。可利用野外实量采集这些常见的矿物岩石标本，或到地质勘察及地质矿产生产单位收集这些标本，个别难采集的标本应投入资金购买。正由于这些标本容易采集，可当作易耗品借给学生保管，课程结束后才回收标本，提高实验标本的利用率。

图3 学生利用课余时间鉴定矿物岩石标本

（3）重视地质理论与工程实践的密切联系。 地质是工程地质，不能脱离工程建设而单纯讲授地质理论。如讲授三大类岩石时，应结合工程实例分析其工程性质，介绍其作为建筑材料、地基、边坡与周围环境的工程性质。在讲授地下水对工程建设的影响、常见不良地质作用及其防治、不同工程类型常见工程地质问题等内容时，紧密结合较典型的实际工程案例讲授。如茂名市某单位办公楼建筑基础工程案例，建筑物设计有一层地下室，设计采用天然地基箱型基础，由于设计人员对地下水设防水位不重视，没有抗浮设计，在楼房建到地面时回填了基坑边坡，平整了室外地面。当建到第二层时，一场暴雨使整栋建筑物上浮，升高了38 cm，造成工程事故。通过具体工程案例，与学生共同分析、讨论，找出工程事故的工程地质原因，提出有关工程地质问题的防治措施，培养学生理论联系实际的能力，及分析问题、解决问题的能力。

（4）充分利用多媒体技术教学。 多媒体教学不仅可以扩大课堂教学的信息量，而更主要的是增强教学直观性，提高教学质量。如将各种地质现象、工程地质问题、不良地质作用及其防治措施，特别是由于地质原因造成的工程事故及处理措施，以图片的形式给学生演示，辅助教学。把地质构造、地层接触关系等地质演化形成过程制作成动画，使学生更容易理解并增强记忆。如背斜、向斜构造的形成过程及在地面出露的岩层新老关系特征，以动画展示各阶段的过程：地壳下降的同时沉积一套从下至上、由老到新的地层层序地层受水平运动挤压形成背斜、向斜褶皱构造显示背斜核部为老岩层，两翼为新岩层，向斜核部为新岩层，两翼为老岩层地壳上升的同时背斜、向斜上部地层被风化剥蚀削平或背斜成谷向斜成山从地表面显示中间为老岩层，两侧新岩层对称重复出现的为背斜；中间为新岩层，两侧老岩层对称重复出现的为向斜。利用录像设备将野外地质实习、岩土工程勘察施工（包括各种测试、钻探等）制作成电视录像片，在讲授相应的内容时播放，或放在网络教学平台，让学生随时下载观看。增强感性认识，为实践实习打好基础，也可以节省实践实习时间，或代替部分实践实习，填补部分院校没有开设实践实习教学的不足。生动、形象、直观的教学使学生更容易理解。

四、结语

工程地质学是土木工程专业必修的专业基础课，是一门学时不多、内容丰富、教学难度较大、富有挑战性的课程。要培养基础理论知识充实，具有较强的实践能力和创新精神，综合素质高的优秀土木工程师，学校必须要加大对专业建设的投入：完善基础地质实验室并定期补充足够数量的实验标本，建立野外地质实习基地，确保相应的实践实习，包括工程地质勘察实习。任课教师更要加强学习，不断总结、改革教学方法，更新工程地质新技术、新方法，收集积累工程实践案例，从工程建设实际出发培养具有综合素质的高级工程技术人才。

参考文献：

[1]潘文胜.工程地质学课程教学存在的问题及其教学改革[J].教育与职业，2008（9）：87-88.

[2]李斌，冯柯.土木工程地质学课程教学改革研究[J].山西建筑， 2011，37（3）：233-234.

[3]张俊林.在本科毕业设计中培养学生创新能力的改革与实践[J].重庆科技学院学报：社会科学版，2008（1）：20-21.

[4]曹丽文.工程地质学思维方法培养的教学研究[J].中国地质教育，2002（4）： 54-57.

Teaching reform on engineering geology

WANG Yanqiang

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1.工程地质学科的争议

教科书对工程地质学的三种定义：①工程地质学是研究与工程有关的地质问题的科学；②工程地质学是研究人类工程活动与地质环境相互作用的科学；③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质科学。

从以上三种定义的实质中均不难看出，工程地质学强调的工程和地质的关系，研究的是人类工程活动与自然地质环境的相互作用。但是，近年来工程地质学科却正在经历着前所未有的挑战，工程地质学被异名为岩土工程学，工程地质勘察被称之为岩土工程勘察。工程界有此呼声，学术界有此呼应，一些大专院校也纷纷效仿，甚至工程地质这个专业在高校也被取消了。一时间，似乎工程地质已经成了守旧传统，岩土工程才是先进时髦的，才是可以适应市场经济并与国际接轨的。这是近年来分歧最大的争议。

这些年来工程地质勘察的不景气以及市场竞争的不规范化，工程地质勘察队伍增加了岩土工程的业务是完全必要的，但将岩土工程作为工程地质的救世主，则值得商榷了。

根据笔者的理解，岩土工程是一项工程应用技术，是针对地质体的工程缺陷实施的工程措施而进行的一系列设计和施工过程的总称。岩土工程的任务是“处理”地质体的工程缺陷,使之满足工程建筑物对地基的工程要求，因此又有“岩土工程处理技术”的别名，说明岩土工程的确是一项实实在在的工程技术。确立工程地质学是一门独立的学科，尽管也仅仅是本世纪初的事，并不象数学、物理学、天文学等等著名学科那样历史悠久，然而，之所以将工程地质定义在“学科”这样的高度上，是因为她具备学科的一些基本特性和基本理论，这就是地质学的基本特性和基本理论，换句话说，工程地质学的基本理论就是地质学(当然更包括数学、力学、化学等等)，因此，又将工程地质学界定为地质学的一个分支学科或应用学科，这是符合实际的。工程地质学的最新定义也是较为全面的：研究人类工程活动与地质环境相互作用的科学。显然，工程地质与岩土工程尽管有相似之处，但也有天地之别。如果将岩土工程界定为工程地质学科的一个分支，好象还说得过去；而反过来用岩土工程来代替工程地质，则实在有些牵强附会。

1997年6月20-27日，国际工程地质学会在希腊召开了一次学术讨论会，会上决定将本学会名称改为：国际工程地质学与环境学会。我国组团15人参加，王思敬任团长。随后国内也有人提出工程地质学会改名，以便与国际接轨，但一直未获通过。在近几年的中国地质学会工程地质专委会会议上，学科和学会更名问题的交锋一直也没有停止过。我国工程地质界的前辈专家学者们多数也不同意更名，认为如此严肃的基础性应用性学科，没有必要放弃自己的传统风格，我国的工程建设任务十分繁重，工程地质学科的研究和发展前景仍然是艰巨和光明的。

2.工程地质工作的任务

在工程建设中，工程地质工作的任务十分繁重，也异常艰巨，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，为研究改善和防治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。

3.工程地质专业的尴尬

工程地质专业是工程建设的基础性专业，没有这个专业，一切工程建设均将成为空中楼阁，这是常识性问题，我们在这里反复强调好象有些多于。然而，现实确让这一基础性专业处于一个十分尴尬的境地，主要表现在：

①工程地质专业本身的特殊性、复杂性和实践性；

②专业不景气，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，择业行为中的浮躁动机，专业本身的局限性；

③规程规范存在的问题；

④工程地质勘察技术的局限性；

⑤相关专业对工程地质专业的轻视；

⑥长官意志，某些决策者对工程地质专业的无知或轻视；

⑦世人对工程地质专业的不了解与不理解。

4.在工程建设中的地质教训

由于地质问题而严重影响工程建设的实例太多，教训太深刻，顺手拈来几个实例：

①云南漫湾水电站左坝肩顺层滑坡和建材问题；

②贵州天生桥二级水电站厂址、隧洞等问题；

③贵州东风水电站右坝肩和帷幕线上的岩溶问题；

④乌江彭水水利枢纽前期工作重复问题；

⑤雅砻江锦屏二级水电站岩溶地下水问题；

⑥软弱夹层的遗漏对工程建设的重大影响，葛州坝、西津溢洪道等。

5.工程地质在工程建设中的决定性作用

任何地质条件下都可以建工程，对吗？这个问题也是这些年来工程界的一个热门话题，笔者认为答案是否定的。

①陕西东庄水库灰岩坝址渗漏严重不能建坝；

②小浪底滑坡性质界定对设计的影响；

③天生桥二级水电站移民区是否滑坡对移民安置的影响；

④堤防工程中的堤基垂直防渗引起的环境地质问题，有时可能是决定性的；

⑤地质边界条件和地质参数对工程设计的影响。

6.相关学科在工程地质中的应用

①系统工程在工程地质中的应用；

②计算机技术在工程地质中的应用；

③遥感、物探、GPS等；

④水工设计施工与工程地质的关系。

清晰的工程概念是地质师所必需的。潘家铮院士对地质师的要求：应该有系统地学习水工建筑物的基本设计理论，计算方法，以及地基缺陷的影响，各种处理的措施，各种成功和失败的经验；最好补一些数学、力学、水力学、岩土力学、岩石试验、有限元分析和计算机应用等方面的基础课。五十年代初，由于我国水利水电工程地质专业人才奇缺，一批设计师改行从事工程地质专业的学习和工作，后来大都成为工程地质专业的优秀专家。实践证明，地质师的工程概念清晰，地质工作会得心应手；反之则可能事倍功半。

7.工程地质要面对现实着眼未来

汪恕诚部长最近讲话强调：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。修改一个设计，似乎节省了某一个工程量，而索赔量比这个还大，大量修改设计怎么得了？汪部长的这段讲话似乎在批评设计，实则是水利水电工程地质的一个千载难逢的新的契机。

如何理解汪部长的这段话？我们认为首先要搞清楚为什么修改设计，水利工程因为地质问题而修改设计的可以举出若干例子来。

修改设计往往赖地质，我们当然可以理直气壮地说：前期地质工作投入不够，工程地质条件不清楚，地质基础资料不准确，工程地质分析出力不够或分析工作的深度不到家，工程地质问题的界定不明确或界定有错误，学术技术问题得不到广泛的讨论和争论，工程地质问题的真理有时往往掌握在少数人手里。

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Abstract: The advent of engineering geomechanics of rock mass, not only promote the development of engineering geology, but also improve the ability to solve practical engineering problems. In the process of its development, new research topics have been brought forward. Along with the solutions to these problems, some important theories, methods and techniques will be formed and perfected gradually.

Keywords: rock mechanics; engineering geology; geological model of rock mass structure;

中图分类号：P55文献标识码：A文章编号：

世界上, 最早的工程地质学的精典著作, 一是太沙基教授著的《工程地质学》( 1929) ; 二是萨瓦连斯基教授著的《工程地质学》( 1937) 。这两部书问世之后, 对推动各国的工程地质学的发展起了很大的作用。在此之后, 各国也相继发表了很多版本的《工程地质学》, 虽然在内容方面有新发展, 但其学术思想还是属于太沙基教授和萨瓦连斯基教授的学术思想范畴, 他们多注重地壳表层的地质作用及其所产生的各种工程地质现象, 并对土质方面的工程地质问题, 进行了比较深入地研究。由于当时的铁路工程、隧道工程、水坝工程的规模较小, 基本上满足了工程建设的需要。

我国著名的工程地质学家谷德振教授著的《岩体工程地质力学基础》( 1979) 具有新的学术思想, 是从地质历史的发展过程—建造与构造, 并运用地质力学的观点, 研究了岩体的工程地质特性及力学的成因问题, 具有工程地质学方面的新的理论特色, 对解决大型岩体工程建设问题起了很大的作用。对完善各国的工程地质学的理论体系, 具有重大的意义。

岩石力学做为一门新兴学科是在50 年代逐步形成的。第一本《岩石力学》( J. 塔洛布尔著) 直到1957 年才出版。当时的岩石力学的占有支配地位的理论是材料力学、即把材料力学中的连续介质力学理论引用到岩石力学之中, 这是岩石力学初期发展的特点。到了70 年代, 人们对岩体有了新的认识, 开始建立了“岩体”与“岩块”的两个不同的概念。岩体是具有裂隙的, 岩体力学性质是与裂隙性质密切相关。所以, 裂隙岩体力学特性成为岩体力学研究的中心课题, 从而使岩体力学有了新的发展。其代表作是1974 年米勒教授( L.Muller) 主编的《岩石力学》文集。

岩体力学的发展具有十分重要的意义, 为岩体力学的新突破提出了理论基础。对于岩体中看起来杂乱无章的裂隙, 称之为结构面的分布与组合, 是有规律可循的。这就为岩体力学规律性的研究奠定了基础。

孙广忠教授著《岩体力学基础》( 1983)和《岩体结构力学》( 1988 年) 的书中明确提出了“岩体结构控制论”做为岩体力学的基础理论, 书中比较全面地的论述了: ①岩体的地质特征—岩体力学的地质基础;②岩体结构的力学效应—岩体力学的基本规律;③岩体力学分析原理及方法。《岩体结构力学》可称为当今阶段的岩体力学发展的代表作。从生产实践观点来看, “岩体工程地质力学”与“岩体结构力学”的研究对象是相同的, 即边坡、地基、地下隧道与硐室等工程岩体稳定问题; 它们的服务目标也是一致的, 即为工程设计与施工服务。这两门学科既有不可分割的紧密联系, 又各有侧重, 分别进行深入细致的研究工作。两者的关系见图

根据图1 可见: 以工程设计为服务目标来讲, 岩体工程地质力学研究与岩体结构力学研究是一个整体。

岩体工程地质力学研究主要有三个内容:

( 1) 岩体结构形成的物质基础

岩体结构特性的好与坏与地质建造的形成环境、形成时代、成岩作用和演变过程有着内在的有机联系, 所以弄清组成各种建造的岩石组合特征和岩石的工程地质性质, 并依此进行岩层的工程地质分组。每类岩组均有自身的岩体结构的规律性。

( 2) 岩体结构的地质力学分析

在认识岩体结构特性的过程中, 既要重视地质建造, 也更要重视建造的改造和再改造。岩体结构特性与褶皱断裂有着密切的关系, 为了弄清岩体结构类型与及其规律性, 必须应用地质力学理论与方法, 研究构造变形场形成的时间性, 空间性和力学性, 并探索褶皱断裂形成的力学机制和构造型式及其构造应力场的特征等等。

( 3) 地质模型

根据工程地质岩组的特性和岩体结构的类型, 并结合岩体工程的性质、形状、尺寸及所处的地质背景位置, 以岩体结构控制论的观点对上述各种要素进行综合分析, 最后抽象为地质模型, 依此来判断工程岩体变形破坏形式。

岩体结构力学研究,主要有两大内容:

( 1) 将地质模型转化为力学模型地质模型

不仅是岩体工程地质力学的主要研究内容, 同时又是岩体结构力学的主要研究内容。前者侧重于研究地质模型的成因和类型, 而后者是侧重于研究地质模型的力学效应。即依赖于岩体结构及其力学效应, 将地质模型转化为力学模型。

( 2) 将力学模型转化为数学语言

岩体工程地质力学研究, 以目前的研究水平来讲, 多属于定性研究, 虽然也可以作为工程设计的依据, 但尚不够充分。所以, 必须经过地质模型, 转化为力学模型, 再将力学模型中与岩体变形破坏机制有关的各种要素, 从定性的转化为定量的, 并用数学语言表达出来, 才能进行岩体稳定性的力学分析。

岩体稳定性的力学分析成果, 从某种意义上讲, 是岩体工程地质力学与岩体结构力学的共同的最终成果, 是工程设计最充分的依据。但一项最佳的工程设计, 除应用最终成果之外, 还应对其他的研究内容: 工程地质岩组, 岩体结构, 地质模型和力学模型等的含义有充分了解、消化、吸收, 才能使工程设计达到最佳的目标。

孙广忠教授著《岩体结构力学》一书, 不仅是发展了岩体工程地质力学, 也发展了岩体力学, 它具有我国岩体力学的理论特点。作者将这一理论特点概括为以下五条:

( 1) 岩体力学是研究环境应力改变时的岩体再变形和再破坏的科学。

( 2) 岩体结构控制岩体变形、破坏及其力学性质。岩体结构控制作用远远大于岩石材料的作用。

( 3) “岩体结构控制论”是岩体力学基础理论, “岩体结构力学效应”是岩体力学的力学基础, 岩体结构分析方法是岩体力学研究的基本方法。

( 4) 岩体赋存于一定的地质环境中, 岩体赋存环境条件可改变岩体结构力学效应和岩石力学性能。