我國經(jīng)濟影響下的巖石力學(xué)與工程學(xué)科

任　重　盛　謙

【摘 要】巖石力學(xué)與工程是力學(xué)、地學(xué)與工程科學(xué)相結(jié)合的一個基礎(chǔ)學(xué)科。作為一門典型的應(yīng)用科學(xué)學(xué)科,巖石力學(xué)與工程學(xué)科的快速發(fā)展與社會影響有直接關(guān)系。我國的巖石力學(xué)與工程學(xué)科處在蓬勃發(fā)展期,并在我國科技事業(yè)中具有了相當(dāng)重要的地位,究其原因,與改革開放以來我國社會發(fā)展具有密切的聯(lián)系。而經(jīng)濟作為一個社會因素,對巖石力學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展起到了重要的作用。本文將對我國改革開放以來經(jīng)濟影響下巖石力學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展進行探討。

【關(guān)鍵詞】巖石力學(xué)與工程 經(jīng)濟 改革開放

一、巖石力學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展

巖石力學(xué)與工程學(xué)科是一門典型的應(yīng)用科學(xué)學(xué)科,與人類的生產(chǎn)活動緊密相關(guān)。它不僅與國家基礎(chǔ)設(shè)施的工程建設(shè)有密切關(guān)系,而且也是資源開發(fā)、交通運輸、環(huán)境保護、減災(zāi)防災(zāi)等事業(yè)的支柱,具有重要的實用價值。

我國實行改革開放政策以來,巖石力學(xué)與工程學(xué)科得到突飛猛進的發(fā)展。在基礎(chǔ)研究方面,繼巖石力學(xué)與工程界先驅(qū)陳宗基先生在巖石流變學(xué),谷德振先生在巖體結(jié)構(gòu)、巖體工程地質(zhì)力學(xué)做出巨大貢獻。近年來我國學(xué)者在關(guān)鍵塊體理論、不連續(xù)變形分析(DDA),數(shù)值流形元方法(NMM),巖石分形分準(zhǔn)、智能巖石力學(xué)、軟巖力學(xué)、巖石破壞過程分析(REPA)、卸荷巖石力學(xué)、巖石記憶與開挖理論、巖石力學(xué)非線性研究等方面的研究都提出諸多創(chuàng)新的成果。

此外,在陳宗基先生提出的“巖石力學(xué)必須緊密結(jié)合工程實際”的學(xué)科發(fā)展思想的指導(dǎo)下,我國巖石力學(xué)與工程科技工作者積極理論聯(lián)系實際,為解決國家重大項目所遇到的巖石力學(xué)與工程難題,開展了大量的工作,取得了豐富的成果。

二、經(jīng)濟發(fā)展為巖石力學(xué)與工程學(xué)科興起提供源動力

1.能源、工業(yè)的需要

國民經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展,是我國能源需求不斷增長的基本推動力,為我國的經(jīng)濟和社會發(fā)展提供更多的能源,滿足不斷增加的能源需求,更是我國能源問題面臨的長期挑戰(zhàn)。

我國能源資源探明儲量中,96%是煤炭,油氣資源僅占總量的4%左右,煤炭資源相對豐富。我國的能源工業(yè)中,煤炭占我國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中的70%左右,是我國的主要能源。改革開放以來,我國經(jīng)濟的快速增長,對煤炭業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。

此外,我國的能源結(jié)構(gòu)決定了我國電源結(jié)構(gòu)以煤為主,煤炭工業(yè)在我國能源經(jīng)濟中占有重要地位。不光是煤炭業(yè),原油、天然氣、水電等能源的產(chǎn)量也日益增大。經(jīng)濟的迅速發(fā)展對能源產(chǎn)量提出了需求,而能源產(chǎn)量的增加同時也為經(jīng)濟發(fā)展提供了基礎(chǔ)保障。

除煤電之外,水電也是我國能源供應(yīng)的一大重要來源。和其他基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)一樣,其發(fā)展趨勢和國家的宏觀發(fā)展方向與社會要求密切相關(guān)。八十年代后期,我國開始探索水電滾動開發(fā)機制,組建大型流域水電開發(fā)公司。2000年后,我國的發(fā)電量突增,跨入了一個新的階段。作為一種清潔能源,水電工程的開發(fā)也與符合國家經(jīng)濟建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展,優(yōu)先發(fā)展水電已成為國家的電力建設(shè)方針,且國家也正將重點建設(shè)火電轉(zhuǎn)為重點開發(fā)水電。

另外,我國80%的工業(yè)原料來源于礦產(chǎn)資源,其中金屬礦產(chǎn)資源占有非常重要的地位。有學(xué)者進行過研究,我國非煤礦山采選業(yè)生產(chǎn)總值約占全國GDP總值的1%,是國民經(jīng)濟高速發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

根據(jù)我國核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,到2020年我國核電總裝機容量要達到4000萬千瓦,在建1800萬千瓦。大力發(fā)展核電,是我國能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。在未來十多年中,我國將投入至少5000億元人民幣用于發(fā)展核電事業(yè)。根據(jù)2020年中國GDP翻兩番的發(fā)展目標(biāo)估計,國內(nèi)約需發(fā)電裝機容量8億-9億千瓦,而已有裝機容量僅為4億千瓦,在煤電和水電兩大電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展受限的條件下,清潔、高效的核電成為首要備選產(chǎn)業(yè)。在核電工程如火如荼開展的同時也帶來了核廢料地質(zhì)處置問題。根據(jù)中國核電未來規(guī)模,中國高放射性核廢料處置庫將耗資數(shù)百億人民幣,容量足以容納中國核工業(yè)未來產(chǎn)生的所有高放射性核廢料。

在這些社會事業(yè)發(fā)展的過程中,大量的巖石力學(xué)與工程問題被提出,極大程度促進了巖石力學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展,更催生了礦山巖石力學(xué)、水工巖石力學(xué)兩大學(xué)術(shù)方向。目前,核廢料地質(zhì)處置中的關(guān)鍵巖石力學(xué)與工程問題已成為學(xué)屆研究的熱點,同時也是核廢物地質(zhì)處置工程急需解決技術(shù)問題的重中之重。隨著這些工程建設(shè)的開展、工程規(guī)模的加大,巖體表現(xiàn)出“高溫、高地應(yīng)力、高滲透壓”的特征,在核廢物地質(zhì)處置工程中更需要考慮巖體THMC(溫度-應(yīng)力(變形)-流體流動-化學(xué)反應(yīng))耦合這一復(fù)雜科學(xué)問題,如何對工程建設(shè)中的開挖擾動進行有效控制,更為經(jīng)濟合理地開發(fā)資源,將為我國巖石力學(xué)與工程的發(fā)展提供持續(xù)的動力。

2.交通事業(yè)的需要

交通與經(jīng)濟發(fā)展有著一種必然聯(lián)系,交通業(yè)的發(fā)展,是經(jīng)濟的基本保證和長久需求。改革開放后,國民經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展,公路運輸需求強勁增長,公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開始發(fā)生了歷史性轉(zhuǎn)變。

上世紀(jì)90年代中期,我國高速公路建設(shè)步伐加快。路基高邊坡與隧道圍巖穩(wěn)定性成為工程成敗的關(guān)鍵。進入新世紀(jì),隨著高速公路建設(shè)向山區(qū)腹部延伸,更為復(fù)雜的地形和地質(zhì)條件,巖石工程規(guī)模的增大使得公路高邊坡、特大型橋梁、特長隧道數(shù)目增多,地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。為解決山區(qū)高速公路建設(shè)初期、建設(shè)過程中的問題,交通部等相關(guān)政府機構(gòu)組織開展科技攻關(guān),突破了大量急需解決的巖石力學(xué)與工程問題,這些都在很大程度上促進了學(xué)科的快速發(fā)展。

據(jù)鐵道部門資料,截至2003年底,我國大陸擁有鐵路隧道7400余座,總長度達4200km。尤其在改革開放以后,鐵路建設(shè)進入了蓬勃發(fā)展時期,山區(qū)鐵路工程深埋長大隧道、高橋高墩、高陡岸(邊)坡、順層邊坡大量出現(xiàn)且不斷增多,高岸(邊)坡、順層邊坡的穩(wěn)定性分析評價、加固及病害防治;隧道工程中可能發(fā)生的瓦斯、巖爆、軟巖大變形、高地溫、高地?zé)?、高水壓、巖溶突水涌泥,以及地下采空和不良地質(zhì)的探測、評價與災(zāi)害防治為巖石力學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展提供了前進的動力。

參考文獻:

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