中国岩石工程若干进展与挑战
中国岩石工程若干进展与挑战 佘诗刚 1,林 鹏 2(1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071;2. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084) 摘要:根据中国作者近年在中国岩石工程领域相关期刊发表的文章,结合岩石工程相关领域的国家奖获奖内容、973 国家重点基础研究计划项目、国家自然科学基金重大项目的研究成果及本学报系列“陈宗基讲座”的内容, 对 10 余年中国岩石工程学科的进展与挑战进行分析和论述;进而总结归纳了中国岩石工程中的主要问题、关键理 论、勘测设计、开挖加固、预警预报等方面的若干进展,并介绍了中国典型岩石工程案例;*后基于中国岩石工 程的特点与不足,提出 10 个挑战性问题,并指出了岩石工程领域的发展方向。 关键词:岩石工程;科技进步奖;973 项目;关键问题;挑战;若干进展中图分类号:TU 45 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2014)03–0433–25 SOME DEVELOPMENTS AND CHALLENGING ISSUES IN ROCK ENGINEERING FIELD IN CHINA SHE Shigang1,LIN Peng2(1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering,Institute of Rock and Soil Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Wuhan,Hubei 430071,China;2. State Key Laboratory of Hydroscience and Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract:According to the papers published in some relevant journals in the field of rock mechanics and geotechnical engineering in China,the representive papers published in recent years written by Chinese authors are analyzed. In association with China National Awards,“973 Program”,“The Major Projects of National Science Foundation”, and“TAN Tjongkie Lecture”etc.,in the last decade,the challenging,development and relevant progress in rock engineering field are summarized. The major issues,key theories,engineering survey and design,rock excavation and reinforcement ,and early warning and forecast in rock engineering are presented. Some typical rock engineering cases in China are also analyzed. Based on analysis of characteristics andassociated problems in Chinese rock engineering developments,ten challenging issues in rock engineering are proposed subsequently;furthermore,some suggestions are given for adressing those problems.Keywords:rock engineering;China National Awards;973 Program;key issues;challengings;some developments1 引 言 现代岩石力学与工程学科是在二次世界大战后,建立并发展的。1962 年国际岩石力学学会成立更促进了该学科的发展。自 1985 年 6 月中国岩石力学与 工程学会成立以来,中国岩石力学与工程学科在以 陈宗基、潘家铮、孙 钧、王思敬、钱七虎等为代表的几代科学家的带领下,紧密结合大型岩石工程实 践,从三峡、葛洲坝、二滩、小湾、溪洛渡、锦屏、 溪洛渡、南水北调等大型水电、水利工程,成昆、 宝成、京广、京九、青藏、京沪高铁等铁路工程, 国家干线高速公路工程,跨海大桥工程,国防地下 工程,登月工程,到抚顺、大同、徐淮、金川、铜 陵等矿山工程,开展了“六五”至“十二五”等专 项攻关[1-4]和“973 计划”等课题的科研工作。一方面,近 30 a 取得的一系列成绩,有力推动 了中国在能源、交通、国防等关系国家经济命脉和国家战略安全的重大基础设施建设的发展;另一方 面,这些工程的开展也大大促进了岩石力学与工程的科技进步。回顾、分析和总结重大岩石工程的特点、经验和不足,对促进岩石力学与工程的科技发 展大有裨益。佘诗刚和董陇军[5]从文献统计分析角度,窥察了 30 a 来中国岩石力学的发展状况与研究进展,包括岩石强度与变形理论、岩石断裂与损伤 力学、岩石动力学与本构关系、岩石非线性、岩石多场耦合、岩石加固与稳定性分析等方面,并展望了岩石力学面临的挑战性难题。这些挑战性难题的 提出与解决都与岩石工程实践即工程的勘测、设计、施工和运行密切相关。本文拟在总结中国岩石工程主要成就的基础 上,着重针对岩石工程面临的关键科学问题、关键理论以及勘测设计、开挖加固、监测预警预报等领域的进展和挑战展开讨论,并对当代重大岩石工程 关键问题的突破进行论述。*后,基于当前岩石工程实践与理论研究的特点和不足,提出并展望了中国岩石工程发展面临的 10 个挑战问题。 2 近 10 a 岩石工程主要进展与成就——以国家三大奖为例 随着国民经济的高速发展,中国岩石工程取得 了举世瞩目的成就。国家科技奖励是这些成就的集 中体现,表 1 列举了近 10 a (2003~2013 年)与岩石 力学与岩土工程直接相关的***奖励 54 项(含 5 项发明奖,不包括涉密奖项)[6],涉及获奖单位 130 余家。奖项的第一完成人大多是中国岩石力学与工 程领域的**中年专家学者。2.1 隧道与地下工程特长铁路隧道修建、深部盐矿采卤溶腔大型地下 储气库建设关键技术、深层盐膏岩蠕变规律及其在石油工程中的应用和大幅度提高油气产量的非平面压裂技术与工业化应用;大型岩体工程稳定性和优 化的分析方法、硬岩高应力灾害孕育过程的机制、 预警与动态调控关键技术和大型水利水电工程可视 化仿真技术;地下工程水害防治新技术和隧道含水 构造等不良地质超前预报定量识别及其灾害防治关 键技术。2.2 煤炭开采与瓦斯抽采复杂特困条件下高瓦斯煤层群瓦斯抽放理论、 煤与瓦斯突出矿井深部动力灾害一体化预测与防治关键技术;煤岩电磁辐射的力电耦合理论模型与冲 击矿压统一预测准则和煤矿冲击地压预测与防治成 套技术;煤矿巷道**安全支护成套技术创新体系、 破碎岩体渗流规律及其在煤矿突水防治中的应用、 煤矿千米深部岩巷稳定控制、中国东部煤矿深井巷道松软围岩失稳安全控制关键技术和综放开采顶煤放出理论与厚煤层开采围岩控制技术;矿井(隧道) 复杂地质构造探测装备、HEMS 降温装备系统及 深井热害控制技术和煤矿井下地质力学原位快速 测试及围岩控制技术。2.3 金属矿及其他非煤矿山(磷矿和盐矿)开采深部开采动力灾害预测及其危害性评价理论; 金属矿床无废害、矿岩致裂控制和金属矿产资源安 全与灾害控制;复杂破碎条件下露天–地下联合高 效开采;深部(含海底)大型金属矿高效开采与安全 保障关键技术及空区处理方法;散体动力学应用技 术和磷化工全废料自胶凝充填采矿技术;深部岩巷围岩“三高一软”特点的稳定性分析方法与“分步联合控制理论”;岩石破裂过程失稳理论、破断岩体 表面形貌与力学行为研究等。2.4 大坝与边坡工程中国西南高边坡稳定性评价及灾害防治、三峡 库区巨型古滑体稳态预测预报及信息化选址技术、重大滑坡减灾防灾关键支撑技术和基于演化过程的滑坡地质灾害防控技术;大坝与坝基安全监控理论、 高混凝土坝整体稳定安全控制新理论及工程应用、 高坝动静力超载破损机制与安全评价方法;水利水 电工程渗流多层次控制理论和复杂岩体多场广义 耦合理论及工程应用;岩石力学智能反馈分析方法及其工程应用和岩体爆破振动效应定量评价理论;大型结构与土体接触面力学试验系统研制及应用等。2.5 公路建设膨胀土地区公路建设成套技术、南方山区特殊 土公路路基处治关键技术;高海拔地区大型公路隧 道建设与营运关键技术、岩溶地区公路建设和复杂地形地质条件下山区高速公路建设成套技术等。