罗国煜, 阎长虹, 李晓昭
南京大学地球科学系 南京210093
摘要：我国工程地质学经过50年的工程实践和理论创新，已由条件工程地质学、问题工程地质学以及随着环境文明时代的到来向着环境和灾害工程地质学发展。近 10年来随着我国经济建设的快速发展，一批大型和特大型工程的兴建和城市化进程的加快 ，带来的地面变形、滑坡、环境恶化和全球悬河化等环境岩土工程问题，使工程地质地位和作用提高，学科在拓展。目前，我国已拥有一支能适应大规模经济建设需要并已走向世界的工程地质工作队伍，形成了具有我国自己特色的工程地质学科体系。
关键词： 工程地质;成因控制论;岩体结构;环境岩土工程;人与自然调协论
▌1 概述
工程地质学是地质学科的一个重要分支。它是解决资源、能源开发以及工农业建设中的地质问题和环境问题的应用性学科。我国工程地质学可以说主要是建国初期从苏联引进的。经过50年的工程实践和理论创新，它已由条件工程地质学、问题工程地质学随着环境文明时代的到来向着环境和灾害工程地质学发展了。目前，我国已拥有一支能适应大规模经济建设需要并已走向世界的工程地质工作队伍，形成了具有我国自己特色的工程地质学科体系。其代表性标志是：三峡工程的工程地质勘测和评价；城市化带来的城市高层建筑和地下工程岩土工程勘测和基础工程的发展；1979年中国地质学会工程地质专委会和中国建筑学会工程勘测学术委员会的成立；1985年北京中科院工程地质力学开放研究实验室和1992年成都国家地质灾害防治与地质环境保护专业实验室的相继成立。1998年，南京大学水文地质和工程地质学科与成都地质学院工程地质学科被评为全国高校重点学科；1993《工程地质学报》成功创刊等。
由于我国地处环太平洋和喜马拉雅两个活动带之间，地域辽阔，地质灾害众多，加之大规模经济建设的高速发展，相应的工程地质和岩土工程的研究队伍也发展很快，积累了大量工程实践经验和理论成果。涌现了一批新老专家，特别是年青专家。可以说，我国工程地质学已达到现代科技水准，进入世界先进行列。一个明显的标志是，从1979年我国参加国际工程地质协会起，不到20年，王思敬院士在1998年9月18～25日第八届国际工程地质大会上即当选为第八届国际工程地质与环境协会主席，这是我国工程地质学界的荣誉。
▌2 50年来我国工程地质主要成就
2.1 岩体结构控制和工程地质力学
由中国科学院地质研究所谷德振教授和王思敬、孙广忠、孙玉科诸教授创立的这一工程地质学术思想，一直成为中国工程地质的主流学派。我国水电、核电、矿山和城市等大型工程建设，莫不以岩体结构分析为基础。20世纪70年代以来，一直沿着两个方向发展：岩体结构分类的不断完善和建立岩体结构力学新体系，使工程地质力学在工程地质问题的量化评价上有所发展。改革开放形势下，经济建设高速发展，大型工程增多、环境问题日益突出，
工程地质力学90年代以来转向一个新的方向。这就是工程地质综合集成理论研究方向（简称EGMS）。
“所谓综合集成是指在同等新知识的交叉结合，在同来源知识交叉结合，形成总体的评价和决策”（王思敬，1999）。EGMS 把历来存在的工程地质问题和环境问题的综合评价和决策从理论的高度予以系统化。更自觉地运用地质的、力学的和工程的综合集成分析方法于地质工程系统研究；注意专家群体的经验；强化检测系统和信息化施工在解决地质和环境复杂问题的支柱作用。EGMS 在五强溪水电站左岸船闸边坡研究中取得了成功。
岩体结构控制论：工程地质力学的代表作：1979年谷德振的《岩体工程地质力学基础》专著，开辟了一个具有我国特色的工程地质新的方向。其后，《地下工程岩体稳定性分析》[2]、《岩体结构力学基础》[3]、《地质工程理论与实践》[4]、《坝基岩体工程地质力学分析》[5] 以及孙玉科的《边坡岩体稳定性分析》（1988）等多部专著问世，显示了岩体结构控制论和工程地质力学的长足进步与发展。
2.2 典型人类工程活动与地质环境问题研究
本项目为工程地质得到国家自然科学基金委资助的一个“八五”重点项目。其主攻方向是人类作用特别是三类工程活动：（1）开挖与堆填作用；（2）大型人工水体作用；（3）大城市多层空间开发作用。王思敬、张倬元等通过典型实例剖析，结合理论总结和数理模拟，揭示了人类工程活动与地质环境的依存关系和相互作用。此项研究通过正式出版两部文集，即文献[15-17]。文集中用不同实例初步讨论了人类工程活动产生的环境效应的基本特征和基本规律。总结提出了工程地质环境评价指标体系、综合决策系统和对策原理（图1,2,3），为环境工程地质学的建立和重大工程建设中的环境决策提供了理论框架和依据。
2.3 三峡工程区域稳定性和边坡稳定性研究
自60年代以来，中国的水利水电工程建设在数量和规模上，占据世界首位。1997年统计，全世界正在施工建设的高度大于60m 的329座大坝中，中国就有74 座，占总数的23％。三峡工程坝高175m，长2150m，库容393 亿方，河道型库面积628km2。通航采用五级双线船闸，闸室长1617m，二线之间以宽60m 的岩体相隔。船闸边坡最大开挖高度为120m，陡度50°～70°。工程规模和技术复杂性世界罕见。特别是水库淹没区有百万移民需要迁移安置，库区移民安置所遇工程地质、环境地质问题是始料未及的。
三峡工程地质研究一直以坝址区域稳定性和边坡稳定性研究为中心，其卷入人员之多和工程的深度和广度是史无前例的。区域稳定性研究着重在区域大地构造环境、深部构造和地球物理场、断裂构造展布规律和特征、地质及新构造运动，距坝址16～70km 主要断裂活动性，大范围GPS 系统地形形变监测、地震危险性分析等都取得了系统数据与建坝有关的明确肯定性结论。三峡工程高边坡岩体工程问题研究“七五”成果经水利部、地质部1990年组织评审，专家委员会认为该项研究“以工程地质力学理论和优势面控坡观点为依据，采用多种方法对船闸边坡进行了系统综合研究，是国内边坡研究的一份比较完整的研究报告，国外同类成果并不多见。”。特别是在边坡破坏模式、三维有限元分析、地应力模拟反演和水文地质结构模型分析等诸多方面都具有先进性。
总之，本项研究系统性和深入性强，时间跨度大，国内有谷德振、张宗祜、陈宗基、刘国昌、胡海涛、刘广润、卢耀如、李坪、张咸恭等众多老一辈和著名专家参加，论著也多，是我国工程地质和岩土工程研究迈入国际先进行列的最具代表性标志。库区城镇搬迁所遇滑坡等问题仍在研究解决中。
2.4 两类环境、两类悬河问题与优势面理论
三峡工程的兴建、城市化带来的地面变形、灾害的发生以及全球悬河化带来的洪灾威胁，使工程地质地位和作用提高，学科在拓展。工程地质学科的“内涵和外延”都发生着新的变化[11]。其中，认识到由于人类岩土工程活动所引起的环境问题－－－环境岩土工程问题与人类的生存生活密切相关，必须从新的高度加以认识和解决。于是，这就自然出现了将“环境岩土工程问题”这一不断发展并日渐突出的新环境问题与“污染物生态问题”这一传统环境问题等价起来的“两类环境问题的概念”[8]。
岩土环境工程问题（或环境工程地质问题）可分为下面两大类：
区域性环境岩土工程问题和城市环境岩土工程问题,这两种不同的环境岩土工程问题的剖析之代表作为《城市环境岩土工程》专著[18]。该著“对城市区域稳定性、高层建筑、地下空间开发、边坡开挖及固体废弃物处置和地面变形等重要环境岩土工程问题以优势面理论为指导展开了全方位的研究和讨论。必将对环境岩土工程学科的迅速发展和城市建设起到积极的推动和指导作用”。并对工程地质服务领域的延伸和学科的深化有积极意义。
优势面理论是在岩体结构控制论基础上认识的深化。它立足于从工程地质基本理论创新，强调众多结构面中，优势面或优势断裂对区域和岩体稳定性起控制作用。用优势指标判定优势面，以优势面组合为岩体稳定性分析模型，使地质分析与定量评价相结合，它又基于多学科交叉思想强调量化分析并主张定值论与非定值论方法并举，用之研究城市和黄河悬河稳定性等环境岩土工程问题，具有重要的社会、经济和环境意义，其发展前景也大为拓宽。特别是90年代后期用之研究桥梁和地下工程进展是较快的。
2.5 地质工程与地质灾害治理
“地质工程”是指以地质体为工程结构、建材和环境的工程［22］。军工隧道研究（梁炯均金 1995）。优势面减灾和悬河地质工程治理观点的提出［810］工程地质力学综合集成概念（王思敬、杨志法1995）和工程地质系统分析原理（黄润秋1995）等都使工程地质和地质工程的认识深化。长江链子崖治理是按地质工程观点设计和竣工的第一个大型地质工程（殷跃平、刘传正等1995）具有导向意义。
简言之，地质工程是必须充分考虑环境因素的工程，是用工程措施控制地质体并使之具有服务功能的工程。以复杂地质体为中心，以设计作为沟通地质和施工的桥梁（殷跃平，1998）。它遵循地质作用规律，对具体工程如边坡和洞室设计和施工处理有用。从学科上说，它使地质与工程深层次系统地结合，有稳定性评价和变形预测，发展到按钱学森综
合集成理论，把工程的、地质的和力学的不同来源的知识综合起来，储存成为描述工程地质力学作用的模型，分析解决工程问题［12］。地质工程也是工程地质由预测评价，发展进入到参与决策和行动（治理）的新阶段，已在市场经济环境下全方位为国家建设服务。总之，防灾抗灾研究，促进了地质工程的发展，而地质工程本身内涵丰富，还有待于继续研究和
发展。
目前，由于地质工程思想的出现，对地质灾害和工程地质问题的处理已由单一的工程治理，发展为工程治理、地质工程治理和信息调控治理的综合治理思想［18］，使治理效果和时效性会达到新的要求高度。
2.6 非线性工程地质
工程地质问题和地质灾害问题表现为多因素、多层次和多阶段，是复杂的非线性系统。用传统的按静力平衡原理建立的力学方程难以精确解决问题。用基于概率论的可靠性分析，其数学本质仍是用泰勒级数展开并忽略高次项，以得到简单的解析关系，这仍未能揭示灾害系统演化的非线性动力学行为。所以，引入非线性动力学理论分析评价灾害问题，理论上更合理并已成为一个新的方向。文献[23]在工程地质非线性研究中起了先导作用。
现在可以说作为非线性科学支柱的耗散结构论、突变论和分形理论已开始被引入工程地质中，年青学者表现更为活跃（如秦四清、殷跃平、刘松玉、易顺民等）。其中分形理论用的较多，在区域稳定性和滑坡研究中也取得了一些有意义的成果。
分形理论研究自然界具有自相似性但没有特征长度的图形和现象，方法是求图形和现象的分维，或者在形态、结果、功能和信息等方面具有自相似性或统计自相似性的研究对象叫分形。分形的定量表征就是分维或分维值。目前，常用分维来揭示图形和现象之内在本质和规律，已有十多种不同的分维，主要是容量维，信息维和关联维。
例如易顺民等用信息维评价某滑坡发现信息维值低滑坡自组织程度差；信息维急剧变化阶段对应着一个滑坡活动的高潮期；一定范围内大滑坡发生前滑坡活动时空结构的信息维具有很好的降维特征。河海大学曾开华用新信息法计算关联维发现当边坡进入加速变形阶段时分维值趋近于1而临近失稳破坏时分维值有下降趋势二者有近似结论反映分形理论对滑坡等地质灾害研究可能提供一种简捷的技术方法。
2.7 时效变形理论和地质过程机制分析和量化评价体系
强调外生地质作用和浅生时效构造变形和地质动力学过程分析其代表性的著作有《工程地质分析原理》［7］和《浅生时效构造与人类工程》［8］、《中国西南部地壳浅表层动力学过程及其工程环境效应研究》等。对浅表生地质灾害的概念和对策提出了系统的认识。
2.8《岩土工程丛书》
系近百位工程地质与岩土工程专家合作完成它是中国内地工程地质与岩土工程有机结合的系统性成果还有方鸿琪的《城市工程地质环境分析原理》（1999）均对城市岩土工程勘察、设计与治理发挥了重要的推动作用。
3 工程地质基本理论和时代新要求
50年来的成就是巨大的。工程地质学基本满足了国家经济建设对本学科的需求也如上所说学科水平有长足进步形成了若干认知理论、概念体系、逻辑方法和操作技术。
基本理论是我国工程地质的起步和发展的基本出发点其理论框架主要有三：
岩土的工程特性成因控制论、岩土体稳定性的结构控制论、人地调谐理论。
成因论源出于50年代从苏联引入的成因土质学盛行于50～60年代对我国的影响甚大至今仍有发展空间工程地质学家一直强调这一观点。土力学家包承纲“把土当作真正的土”的讲话也生动地说明了成因论观点在岩土工程界的影响力。结构控制论对岩体的研究历来处主导地位。土微结构理论和最近“土体优势面”和深基坑“优势滑移控制论”论文的出现说明它对岩土体稳定性的研究也在不断发展中。人地调谐理论或原则是90年代以来时代的要求。80～90年代以来经济发展已从工业化步入信息化、知识化（以信息化、知识化带动传统工业和经济的发展）。相应地时代已从工业文明进入环境文明的新时代。
人地调谐论则是基于三种生产理论和三种人类社会行为研究所得出的解决环境问题的基本结
论［18］。人地调谐论已逐步融入到各门学科之中，工程地质当然应对之给予高度重视。人地调谐在地学理论研究上表现为地球系统科学、环境地学和环境岩土工程的顺序出现；在具体工程问题处理上表现为躲避灾害从硬抗到顺应自然以及从防灾的工程体系到防灾的工作体系等重要思想的实际运用上在成因论和结构论指导下50年来中国工程地质发展甚快现加上人地调谐论三者相结合会使新世纪工程地质继续得到大的进步。
4 发展方向与前景
1992年联合国环发各国政府首脑会议标志着环境文明时代的来临。我国政府也于1994年制定出《中国21世纪议程》－－－中国21世纪人口环境与发展白皮书。这为我国环境和灾害研究提供了最好的大环境和发展动力工程地质研究已进入了环境工程地质或环境岩土工程阶段。
环境工程地质或环境岩土工程问题和地质灾害研究的核心是预测预报和地质工程治理。环境问题它实际受控于全球的、地区的和地带的系统虽然这个系统是一个确定性和随机性、渐变和突变有序和无序并存的体系并与外界发生着能量流和物质流的交换与传递还是受着因果律、周期律和延伸律等特定规律制约因而可能实现预测预报和治理。
新世纪伊始我国工程地质在进入新的发展阶段后又面临西部大开发、中部经济结构调整和东部高科技化的大好发展机遇主要舞台是：
西部问题：水资源危机，生态环境建设与保护，区域稳定性与地下工程；东部问题：大城市地面变形不稳定性，悬河化，水资源、水环境。
挑战和机遇并存，主要问题是，对工程地质要求已更高：
目标：环境保护与减灾，为工程的安全性、经济性提供依据；任务：抗震、抗断、岩土质量评价与设计参数，实现与环境协调；要求：在人地调谐原则下，高效、经济和实用的为工程稳定性提供决策和处理（行动）等服务。
问题却很复杂，值得引起重视并要依靠多学科联合攻关解决：
（1） 服务国民经济主战场解决问题发展学科：①重大工程的环境效应和灾害预测。其中三峡工程和黄河悬河的环境影响和灾害性威胁问题，要继续或深入展开研究。我国西部大开发和生态环境的修复，是一个新的重要课题；②城市抗震防灾和城市化引起的地面变形问题要做更大投入，系统开展起来；③水系污染和水污染由点源控制向控源导流防治战略和导控生态工程兴建的方向发展势头，应该深入论证。
（2） 主要理论课题：①重点区域、城市化过程的环境效应与可持续发展；②地质灾害区域性分布规律与GIS、GPS 和RS 等“三S”探测技术和风险评价理论；③地质灾害三维空间与时间演变的动力学模式；水、土资源动态过程与可持续发展；④非线性理论分析、预测和评价；⑤失稳破坏的运动稳定性准则。区域数学地球建模与地质灾害风险分析。
（3）主要应用课题：①环境岩土工程问题和地质灾害预测预报与监测系统和信息管理系统研究；②地质工程设计与处理技术要加强理论总结：地质工程理论体系研究；地质工程计算机辅助设计支持系统；地质工程和地球化学工程治理技术。
参考文献
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Abstract: A view of engineering geology is made in the paper. There are three stages of its development in past a half century and have two Engineering Geological centers (Beijing, Chengdu) and some academic engineering geological research groups (Nanjing etc.) were set up in China. The main achievements in engineering geology in the past 50 years, can be expressed in the following eight aspects:(1) Theory of rockmass structure engineering geomechanics;(2) Study on interaction between engineering activities geologic environment;(3) Stability evaluation of the Three-Gorges Project on Yangtze River;(4) Two types of environmental problems two suspended rivers, and theory of preferred plane;(5) Geo engineering geologic hazards control;(6) Nonlinear engineering geology;(7) Epigenetic time dependent structure;(8) Urban geo technology. Basic theory of engineering geologywas also in advance in the past over 50 years . Three basic theories: (1)Genetic Theory of rock-soil properties; (2)Structural theory of rock-soil stability and (3)The harmony between human the nature. Trend Prospect of Engineering Geology:The worlds population growth, industrialization and urbanization have led to focus the environmental civilization and environmental problems. The latter would threatne the sustainable social-economic sustainable development and even the existence of human being.Engineering geology market is very large for water resource,ecological environment and regional stability underground works in west China and for stability evaluation of large cities, problem of suspended river, and water resource water environment in east China. The development trend, 4 theoretical problems, and key technical problems are proposed and preliminarily analyzed in this paper. They are mainly the environment and geological hazards, the theoretical topic of engineering geology, the digitalization integration problems, and the Geo-engineering technical design treatment of the problems.
Key words: Engineering geology / Genetic theory of rock soil properties / Rock structure / Environmental geo-technology / The harmony between human