第三节 　 中国岩石力学与岩石工程发展前景展望

　　人类进入21世纪以来，信息革命的浪潮席卷全球，经济一体化的进程加速，数字地球（Digital Earth）系统正以空前的规模和速度推动着人类向知识经济社会迈进。作为地球科学的一个重要组成部分，我国岩石力学与岩石工程也面临一系列新的机遇和挑战。

一、宏观形势分析

1. 我国在岩石力学发展方面的有利条件

1）我国是世界上最大的发展中国家。改革开放以来，国民经济大约以每年7—8％的速度递增。进入21世纪以来，在全球经济不太景气的情况下，只有中国“一花独放”，正在进行大规模的基础经济建设。这一前提为我国岩石力学的发展，创造了前所未有的良好条件。

2）我国有960万km2的陆地，473km2的海域，6500多个岛屿，海岸线总长超过1.8万km，幅员辽阔，构造复杂。山地面积约占陆地面积的2/3，在岩石力学领域有巨大的发展潜力。

3）我国岩土工程市场规模之大，举世罕见。除已建成的长江葛洲坝、黄河小浪底水利枢纽、雅砻江二滩水电站，大瑶山、秦岭铁路隧道以外，在建和拟建的还有三峡、小湾、龙滩、溪洛渡等水电工程，神华铁路工程，秦岭公路隧道工程，琼州海峡、台湾海峡海底隧道工程等。与西部大开发有关的青藏铁路、南水北调、西电东送、西气东输等诸多工程项目更为世人所瞩目。

4）我国具有广大人才市场。我国的科技人员在岩石力学与岩石工程理论研究和工程实践方面的成就在国际岩石力学界受到普遍的重视

5）中国大陆处在太平洋板块、欧亚板块和印度洋板块丁字型交接部位。中国地块本身又是在不同地质时期由若干小板块拼合而成，板块之间的交接地带都是构造活动比较活跃的地区。上述各种条件都决定了我国的地质构造极其复杂。多年来的工程实践说明，在岩石力学领域，一些发达国家行之有效的方法，在中国时常无能为力，如在隧道掘进机（TBM）快速开挖、煤层小构造探测、煤层气开发利用等方面都遇到这一类问题。这就要求我们必须根据自己的特点发展适合我国国情的岩石力学与岩石工程。

2. 发展中存在的主要问题

1）人口多、底子薄，资源相对贫乏。和世界人均占有量相比，我国人均可耕地为世界人均量的1/3，森林为1/6，矿产为1/2。

2）严重缺水，我国淡水资源总量为28000亿m3，占世界总量的8％，但人均占有量仅为世界人均量的1/4，排名第88位。更为严重的是，水资源时空分布不均，长江流域及其以南地区，径流量占全国的80％以上，而北方及西北广大地区只占12％，而且降水时间多集中在夏秋季。

3）地质灾害严重、生态环境脆弱

　　我国是地震、滑坡、泥石流等多发国家之一。其中地震灾害尤其严重，我国国土面积占全球的1/16，但从20世纪以来，地震灾害却占全球的1/2，是大陆地震发生最多的国家。我国大约有45％的大中城市处于Ⅶ度地震烈度区。

　　我国水土流失面积已占国土面积的16.7％，全国年水土流失总量达46亿吨，重点是黄河流域，但长江流域的问题也不可忽视，长江上游地区森林覆盖率50多年来已由30％减少到15％，导致水土流失加剧。

　　我国是世界上沙漠化最严重的国家之一，沙漠化的面积约为国土总面积的18％，石漠化正以每年2500km2的速度扩展，其危害不亚于沙漠化。

4）资源利用率较低

　　　我国一方面资源不足，另一方面资源利用率不高，严重浪费。许多地区对资源采取粗放式经营，相当一部分地区甚至靠掠夺性的开采取得短期的经济效益。以水资源利用率为例，我国单位产品用水量比发达国家高出5－10倍。发达国家的重复利用率为70～90％，而我国只有25％左右。2000年工业废水排放量为194亿吨，城市生活污水排放量221亿吨，处理率均较低。全国有80％以上的河流受到不同程度的污染。

　　我国能源结构中，有75％是以煤为原料组成的。二氧化硫严重超标，酸雨态势扩大，出现酸雨的城市占全国城市半数以上，主要集中在南方。

5） 虽然我国在岩石力学领域已经取得了长足的进步，但我们也应该清醒地看到，以往的工作主要是围绕着传统工业产业的需求进行的。尽管在理论和实践中有中国特色，但总体上是发达国家工业化时期岩石力学工作的延续发展，而且是若干前沿领域出现了新的空白和差距。

　　我国岩石力学与工程研究，迄今为止，相对集中于水利水电工程和固体矿产开采两个主要领域，当然这两领域在发达国家已有萎缩，而在我国仍有向更高水准发展的空间。同时，经过“跨越式发展”，“迎头赶上”应该是我们的发展战略，不可满足于“跟踪”和“尾追”。因此我们的学术思想要指向原始创新，面向未来，面向世界，面向可持续发展，注意并适应经济全球化的动向。[1]

二、21世纪面临的新问题[1]-[5]

1. 信息技术

　　当前信息技术日新月异，正有力地推动着社会发展和人类进步。1998年美国副总统戈尔提出了“数字地球”“这一新概念之后，在全球又掀起了一个新高潮。在岩石力学方面，美国于1994年率先提出了“岩石网络”（“Rock Net”），1995年组织召开了“因特网与地球科学专题学术会议”，1997年又提出了“岩石数字化信息网络”（“Cyber Rock”）。国际岩石力学学会（ISRM）近年来也不遗余力地推动岩石力学信息网络在各成员国的推广应用。在筹办第10届国际岩石力学大会时，绝大部分会议通报、注册登记、会费交纳均在网上进行。为便于广大会员及时得到信息，国际学会在网址上专门设置了一个信息平台（Communication Platform）。在今年召开的理事会上还决定建立互动网络（Interactive wibsite），进一步增加电子出版物，减少纸张出版物（Publication in paper form）。今后《ISRM News Journal》及会议论文提要都要从网上查询。至于岩石力学方面的电子出版物（CD-ROM），在一些发达国家已非常普遍。

3）煤层气

　　煤层气（Coal Bed Methane）是一种新型能源。先采气、后采煤，不但可以从根本上排除瓦斯事故，而且可使煤炭建井费用降低1/4以上。

近年来，美国、北欧、澳大利亚等20多个国家都致力于煤层气的勘探和开采。美国已成立煤层气开发公司20多个。我国煤层气资源居世界前列。截止至1999年10月底，全国累计勘探打井157口。初步估算具有（30～35）万亿m3的煤层气资源。但迄今为止，还没有进行规模较大的商业性生产。为了发展我国的煤层气产业，必须建立符合我国地质情况（如低压、低渗、构造破坏严重等）的地质理论和勘探、开采方法。

4）石油、天然气、天然气水合物

　　当前，全世界约有2/3的石油不能用常规技术开采出来。因此，石油工程岩石力学日益受到重视，曾多次召开国际会议（如OilRock SPE/ISRM会议）进行研讨。近年来，国际上开发了定向钻探技术、深海油田浮动钻塔开采技术及空气射流开采技术。石油开采的重点转向深海、极地、沼泽等困难地区。油气勘探的范围扩展到地下2 000m～8 000m。在这个范围内，围压及孔隙压可达200Mpa，温度可达200℃，出现许多特殊的岩石力学问题。我国在陆相地层成油理论、砂岩油田高含水开采、3次强化采油技术、陆相薄互层油储地球物理勘探、复杂油气田波场特征研究等方面取得了重要进展，但总体水平有待提高。在天然气开采方面，开发程度比较低，生产规模比较小，油气产量之比远低于国际水平。在石油地下洞室储存方面，我国有一定的基础。在天然气尤其是液化天然气地下储存方面处于初期阶段。

　　应该提醒人们注意的是，我国对石油的需求量每年以4%的速度增长，目前1/3的石油需要进口。2002年我国的石油消费量为2.48亿吨，仅次于美国，日本。预计在2003年内将超过日本成为第2大石油消费国，加大石油岩石力学的研究势在必行。

5）天然气水合物(Natural gas hydrate)

　　天然气水合物又称“可燃冰”或冷冻天然气(Frozen natural gas)它是甲烷类天然气被包进水分子，在海底低温与压力下形成的一种透明结晶体。上世纪60年代以来，科学家陆续在全球冻土带和海洋深处发现可以燃烧的“冰”总储量约为1.1亿吨。

美国从20世纪60年代开始对“可燃冰”进行调查，1981年制定了“可燃冰”十年研究计划，1998年又把“可燃冰”作为国家发展的战略能源列入长远规划，每年投入2000万美圆，准备在2015年投入商业开采。日本于1992年开始研究开发海洋“可燃冰”，1995年投入150亿日圆制订了5年期的“甲烷水合物研究及开发初步计划”，目前已基本完成周边海域的“可燃冰”调查与评价，并计划在2010年进行试生产。

　　近五年来，加拿大、德国、澳大利亚、法国、英国、比利时、巴西、挪威、印度等国都在进行“可燃冰”的开发研究。

在我国，“可燃冰”的储量远大于煤层气。据中国地质调查局的初步调查，整个南中国的“可燃冰”的资源相当于700亿吨石油，是我国常规油气资源量的一半。此外，在我国青藏高原多年冻土区“可燃冰”的开发前景也十分广阔。宜尽快组织力量，加强这方面的工作。在工作中必须注意的是：天然气水合物性质很不稳定，一旦失控，会造成灾害，大量泄漏，会加剧全球的温室效应。

6）核能

　　近年来，出于安全和环境保护的需要，欧美大部分发达国家基本上停建或提前关闭核电站，核电设备和技术处于买方市场（2003年以来，核电行情见好，但高放核废料处理问题仍待解决）。一些发展中国家（包括中国），正致力于核电建设，如我国于2003年初宣布建造4个新核电站，到2005年核电装机将达8900MW，约占全国总发电量的2.5%。

　　在21世纪，高放射性核废料地下深部处理将继续成为举世关注的岩石力学难题。目前，各国探索利用深达数百米的岩石洞室（结晶岩、岩盐、粘土岩、页岩、砂岩等）做永久储存库。但是地表水、地下水的渗流，发射性核素的迁移、人类活动、构造运动，地震等均可导致核泄漏。由于技术上的原因，加上各界人士的强烈抗议，使一些核电生产大国选择永久性核废料存放地点时陷于困境。

在一些发达国家，除自行研究外，还广泛进行国际合作，如著名的STRIPA 计划，DECOVALEX计划等。

　　在库址选择时，不但有许多岩石力学难题，如热力学—流体力学—岩石力学—化学(T-H-M-C)的耦合作用等，还涉及构造地质、水文地质、水文化学、物球物理、地球化学等方面的问题。此外，还要综合考虑政治、经济因素。由于含钚核废料的半衰期为2.4万年，因此，所要考虑的时间因素至少为1万年，甚至10万年以上。

　　近年来与核废料储存有关的新学科《盐力学》（Salt Mechanics）备受人们的关注，已召开过5次国际会议。

　　我国于1986年成立了高放核废料处理研究组，制定了代号为SDC的研究计划。在场址选择、回填材料、近场核素化学状态性能评价模式等方面进行了许多工作，对放射性核素在裂隙岩体中的迁移模式研究受到国外同行的重视。但总体水平不高，宜加强国际合作，尽快与国际接轨。近年来，在国际机构中有若干华人专家从事核废料深部处理研究（如井兰如博士），这对我国缩小与国际的差距很有好处。

　　近年来，科学家正在探索使用“氦－3”同位素热核反应堆发电，这种反应堆不会产生放射性污染。但在地球上，“氦-3”储量不大，估计只有20吨，，而在月球表面储量可达百万吨以上。开发月球资源将成为解决地球能源危机的一个新途径。

7）潮汐能

　　作为一种清洁、可再生的“蓝色能源”，潮汐能的开发利用日益受到人们的重视。据科学家估计，地球上潮汐能的发电量高达90万亿kW。目前，美国、日本、印度等已建成几十座潮汐电站。到20世纪末，全球潮汐发电总容量约为620万kW。

　　我国海岸线长达18000余km，潮汐能源达1.9亿kW，可开发装机总容量为2179万kW，年发电量可达624万kW·h，可供开发200kW以上的潮汐港湾424处。

　　为解决沿海地区能源短缺，保护生态环境，我国已将潮汐能开发列为重点项目。最大的潮汐试验电站是浙江江厦潮汐电站，共有5台机组，总容量为3200kW，年发电量1100万kW·h。尽管潮汐能的发电成本较高，仍有巨大的开发前景。

　　随着21世纪海洋高科技的飞速发展，潮汐发电将占更加重要的地位。



　　我国在“数字地球”方面，有一定的基础。1999年11月在北京成功地举办了“数字地球国际会议”（ISDE），影响深远。数字城市的进程也在加速。近来，我国还开通了《中国信息》(China Info)网络，实现了科技期刊编辑、出版、发行工作的电子化，推动了科技信息交流的网络化进程，许多期刊已经入网。但在岩石力学领域，尚处于发展中阶段。今后，除应加强通用技术，如电子通信（E-mail）、热线电子通信（Hot-mail）、主页（Homepage）、内部网络（lntranet）、外部网络（Extranet）外，还要根据岩石力学的特点，建立一套适合国情的数字化信息网络，如远程规划、远程咨询、远程教育、远程设计、远程施工、远程监理，促进信息交流、资源共享与优化配置，并将它有机地汇入“数字地球”系统之中。
8）热干岩发电技术

　　在地壳浅部的某些构造部位，埋藏有热干岩（HDR，Hot Dry Rock）。这是一种干净的新能源。据估计，它包括的能量为地球全部石油、天然气和煤炭蕴藏能量的30倍。

　　从70年代中期开始，美国、日本、法国、澳大利亚等国都单独或合作执行热干岩发电计划。在美国新墨西哥州芬顿山（Fenton Mountain）执行的国际合作计划中，钻井深度为4250－4660m。从注水井注入冷水21300m3，在热干岩中形成孔底循环，迅速将冷水变为高温、高压蒸气。在产出井地面可收到200℃的干蒸气，直接进入汽轮机发电，容量达10MW。日本从1975年开始进行基础研究，1985年正式启动HDR计划，以新能源开发组织（NEDO）为主，进行系统的现场试验研究。

　　特别值得提出的是，最近日本国家资源与环境研究院（NIRE）提出了一项新技术，称为潜孔钻井同轴热交换系统，简称DCHE(Downhole Coaxial Heat Exchange System)，可在同一个钻井中注水加热后发电。钻井深度约3000m，每一口井可发电6－9MW。

　　在热干岩发电计划中，主要的岩石力学课题为：1. 高温高压下热干岩的力学性质；2. 热干岩人工致裂技术；3. 热干岩体中水力学－岩石力学－热力学的耦合作用等。

我国对热干岩的开发利用正在探索中。

4. 地下工程

　　人口爆炸、资源短缺、环境恶化、土地衰退、物种减少，人类赖以生存的地球表面已不堪重负。在这种情况下，各国除采取综合性的政治、经济措施以外，都日益注重地下空间和地下工程的开发利用。虽然有的科学家提出了21世纪在海上、空中建造大城市，实现人类海市蜃楼的梦想，但比较可行的还是“入地”。国际上一种非常普遍的观点是：“19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，未来的21世纪则是人类开发地下空间的世纪”。号召人们“往深处想”（“Think Deep”），迎接岩石工程的“第四次浪潮”（“The Forth Wave of Rock Engineering”）。当前，许多发达国家都把地下空间当成一种新型的国土资源，并在总体上称之为“地下产业”。为适应形势的发展，国际上成立了不少与地下工程有关的组织。其中比较著名的是：国际隧道协会（ITA），国际城市地下空间联合研究中心（ACUUS，Associated Research Centers for Urban Underground Space）。隧道工程与快速开挖会议（RETC,Rapid Excavation & Tunelling Conference），美国地下建筑协会（AUA,American Underground-Construction Association），意大利隧道学会（SIG, Societa Italiana Gallerie）等。

　　近几十年来，随着地下电站（水电、火电、核电、地热电），地下城市，地下储能（热能、超导电能、石油、天然气、压缩空气），地下铁道及轻轨建设，深部矿山及深海石油开采，放射性核废料地下储存，国防、人防工程的发展，岩石力学的研究重点日益转向地下，不但注意人工洞室的开挖，而且注意利用天然洞室或废旧矿井做地下工程。

　　近年来，地下空间利用日益成为众所关心的热点。在一些发达国家，大城市的地下铁道网络已基本形成。当前纷纷把重点转向综合性地下城市建设，并制定了相应的总体规划及法律、法规。在日本新宿已建成一个地下城市的雏型，还计划在东京青山地区深10m,50m,100m的地下分三层修建球形地下城，使地下同地上一样成为一个现代化大城市。最近日本提出了地下爱丽丝城（Alice City）规划，开发深度达200m。日本还计划在市中心区50－100m深处建设地下飞机场，使其成为新的地下交通枢纽。2001年1月日本政府决定在东京地表以下40m深处建两条宽13m，双车道的外环高速公路，取代原计划的地表高架桥方案。美国堪萨斯市利用矿山采空区建立了一个30万平方英尺的商业、工业中心。明尼苏达、得克萨斯等地区约有一万多户中产者移居地下。在德国、意大利等国家也有类似举动。据估计，到21世纪末，人类约有1/3将重新“穴居地下”。

我国在地下工程开发方面还比较落后，今后，迫切需要解决的问题是制订统一的开发规划和与之配套的法律、法规，使这项工作者有法可依、有章可循。

此外，还建议注意以下几个问题：

1）发展全断面隧道掘进机技术。

　　无论是大、中型隧道，还是微型隧道工程，都应优先考虑采用掘进机施工方案。在城市微型隧道施工中，应大力推广非明挖技术（Trenchless Technology, TT）。

　　全断面隧道掘进机（Tunnel Boring Machine TBM）的研制和使用，体现了一个国家的综合科技和工业水平。建议早日建成我国自己的掘进机工业体系，以利于21世纪的可持续发展。

2）加强地下防护工程研究。

　　当前国际形势虽有所缓和，但天下并不太平。如美国在国会否决了禁止核试验条约不久，就研制出一种称为“蓝色太平洋”的超级计算机。计算机可以精确地模拟核试验。2003年4月美国国会取消研制小型核弹头的禁令，政府加大了研制低当量核武器的力度。在这种情况下，我国必须加强地下防护工程的研究，岩石动力学应列为该项研究的重点。

3）充分利用黄土资源建造地下工程。

　　我国黄土覆盖面积约为63万km2，大部分具有地层完整、强度较高、自稳能力较强的特点。我国劳动人民在黄土中修建民居有几千年的历史，但只限于民居显然是不够的，应该运用近代岩土力学原理和方法加以充分利用。

5. 海洋产业

　　全球海洋总面积为3.6亿km2，占地球表面积的71％。海洋是生命的摇篮，是现代地球科学的发祥地和实验场。众所周知，板块构造学说主要来自对海洋的研究。此外，海洋中除潮汐能外，还蕴藏着丰富的矿产资源和生物资源。近来，科学家还在地中海等海底以下发现丰富的淡水资源。海水淡化也是解决水资源短缺的一个重要途径。据初步估计，分布于海洋底的多金属矿产资源有万亿吨之多。当前伴随着全球人口激增、资源短缺和环境恶化，世界各国都竟相开发利用海洋资源，扩大人类生存和发展的空间。随着形势的发展，海洋开发势必成为一个规模宏大，举足轻重的产业。

　　近几十年来，为了研究全球构造和资源调查，国际间执行了一系列多国合作计划，如深海钻探计划（DSDP,Deep Sea Drilling Program, 1968－1983），大洋钻探计划（ODP,Ocean Drilling Program）（1985－1995）及国际岩石圈计划（ILP,International Lethosphere Project, 1980－1999）等。

　　通过执行这些计划，人们对岩石圈的结构和演化，板块构造模式，海洋环境，海洋底部的地质构造，地形地貌，水与岩石之间的耦合关系，油气及固体矿产资源等有了进一步的认识。采用的方法主要是地球物理勘探、岩芯钻探、空间技术等。

　　在海洋矿业开采方面，各国都集中精力研制智能化遥控海底采掘生产系统，如英国已研制出可深入海底1万m的多功能机器人。预计在2010年后，可开始商业性开采。

　　新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国广泛开展海洋地质调查，已完成调查海域面积180万km2。海洋油气田新兴产业得到飞跃发展，远洋考察、极地考察也取得了重要成果。迄今为止，我国科学家对大洋已成功地进行了11次考察。经联合国批准，我国在东太平洋洋脊的C-C区(Clarion-Clippoton)获得了15万km2的专属勘探区，重点开展了一系列勘探、研究工作。1997年我国研制成功“CR-01”6000m水下机器人。2003年5月国务院批准了《全国海洋经济发展规划纲要》，决定有计划地对海洋进行保护性开发。

　　从总体上看，在这方面为我国与发达国家相比，还有一定的差距。今后充分利用高新技术，建立海洋产业是我国面临的重大课题。

6. 外星探索（Extraterrestrial Research）

　　地球是人类的摇篮，但人类不能永远生活在摇篮里。为了拓宽生存空间，科学家把注意力首先转向月球和火星。在21世纪初叶，比较现实的是开发月球。据估计，月球上有丰富的钛、銥等贵金属和氦—3，极有开采价值。

　　自上世纪70年代美国和前苏联宇航员分别登上月球额并在月球表面进行了钻探取样以来，人类再也没登上月球。如今，人们对月球的兴趣重新被点燃，甚至考虑在月球上建立居住点。近年来参加这项活动有美国宇航局、欧洲航天局（Smart-I计划）等。我国于2002年成功地发射了“神舟四号”飞船。在此基础上计划在2010年完成载人宇宙飞船的第一阶段计划，探测和开发月球上的丰富资源，为人类造福。

7. 城市化问题

　　城市是现代世界经济活动的轴心。近200年来，全球城市人口已从3000万增加到目前的30亿。预计到2008年，全世界将有一半人口生活在城市。在一些国家，尤其是发展中国家，城市的飞速发展，以及大都市的不断涌现，带来了持续增长的人口，日益污染的空气，全面恶化的环境。据人口普查，我国人口城市化水平在2000年是36.9%，预测到2020年，这个数字将达到50%。在这种背景下，要满足人们不断提高的物质和精神生活需求，需要在经济发展和建设可持续发展城市之间寻求新的平衡点。为了建设新型的生态城市，我们需要解决一系列问题：如地下空间开发，快速交通网络，地下储能、储水，城市垃圾处理，水资源合理利用，水土流失，地面开裂，地面塌陷及其它极端灾害事件：如干旱、洪涝、地震、山崩、滑坡，泥石流等。上述各个问题均与岩土工程密切相关。

8. 历史文物保护

　　历史文物是全世界人民共同的宝贵遗产。近年来历史文物保护工作越来越受到重视。国际岩石力学学会于1995年专门成立一个石质文物保护委员会（Commission on Preservation of Natural Stone Monuments）从事这方面的工作，该委员会在主席谷本亲伯（C. Tanimoto）教授（日本）主持下，对埃及金字塔、狮身人面雕象等进行了系统的研究工作，取得了丰硕的成果。

　　我国是历史上四大文明古国这一，历史文物之多，举世罕见。改革开放以来，随着综合国力的不断增强，文物保护工作日趋活跃。上世纪80年代，我国科技人员在陈宗基教授指导下，成功地对甘肃麦碛山石窟进行了加固。此后，中国敦煌研究院组织科研人员对敦煌石窟文物的保护方法进行了系统的研究，提出了不少有价值的论文，并成功地主办了数次国际会议。近年来，我们还邀请谷本亲伯教授对浙江龙游石窟、山西大同云岗石窟进行了考察，有力地推动了这方面的工作。鉴于我国石质历史文物极其丰富，日前的工作还远远不能满足要求。今后需要运用高科技手段，在全国范围内，更广泛、深入地把这项工作进行下去。

9. 管理系统

　　当前，一些发达国家的管理信息系统（MIS，Management Information System）日趋完善。由于国际经济一体化的进程加速，国际岩土工程界一般都遵循菲迪克条款（FIDIC,Federation International Des Ingenierrs Conseils）管理体制。FIDIC成立于1913年，至今已有90年历史。以此为基础，在发包承包过程中，经常采用BOT方式（Build-Operate-Transfer，建设－运营－移交）。此外，还有其它方式如BOOT（Build-Own-Operate-Transfer，建设－拥有－运营－移交），BOM（Build-Operate-Maintain，建设－运营－管理），CM方式（Construction Management，建设管理），MD方式（Design Management，设计管理），DB方式（Design-Build设计-建设）与交钥匙（Turnkey）方式等。在管理科学中，工程经济学（Value Engineering）普遍受到重视。为适应形势的发展，在发达国家专门成立了合同顾问工程师协会（Association of Contractual Consulting Engineers），注册仲裁工程师协会（Association for Chartered Institute of Arbitrators），从事与工程经济有关的活动。

　　为了避免工程建设中的“长官意志”，短期行为，一些著名的研究、咨询机构，注重风险分析。如意大利Geodata咨询公司开发出地下工程风险评价管理系统（RMP,Risk Management Plan）。该系统将工程造价，完工期限，风险程度有机地进行综合分析，然后用定量的方式加以表达。在领导层（政治家）和工程技术人员之间架起一座桥梁，对科学地进行宏观决策很有帮助。

　　近年来，我国在工程管理方面有不少进步。在三峡水利工程建设中，中国三峡开发总公司于1995年10月与加拿大Monenco Agra公司签订了合作开发三峡工程管理信息系统（TGPMS，Three Gorges Project Management System）的商务协议。实施后，效果良好。但从总体上看，我国在工程管理方面还比较落后。例如，我国的岩土工程勘测、设计、研究、施工体制结构基本上是按照前苏联的模式设立的，绝大部分属国家所有，分属各大行政部门，这种条块分割、分工过细的格局，显然赶不上形势的发展。为了更好地融入国际社会，我们还有许多工作要做。

　　近年来，由于现代资讯科技正在强烈地冲击着企业的管理方式、经营方式和传统观念，我们必须密切注意新动向，适应不断发展的新形势。

四、岩土工程基础建设中几个值得思考的问题

1. 工程规模越大越好吗？

　　近年来，工程规模越大越好的观点不时见诸报端。实际上大规模工程建设，是一把双刃剑，在造福人类的同时，也带来诸多生态、环境方面的负面影响。规模越大，出现的问题越多。问题的出现有时比较快，有时可滞后几十年，甚至几百年。因此，工程规模不一定越大越好，片面追求“世界第一”，宣传“举世瞩目”，会将人们带入误区。

2. 核电是一种“安全、可靠、经济、清洁”的能源吗？

　　近年来，有关核电是一种安全、可靠、经济、清洁的论点也不时见诸报端，甚至有的权威人士也认为这是“世界能源界一致公认的理论”。

实际上国际核电发展存在两大困惑：

1) 事故时有发生、安全令人担忧，如1957-1995年，全球共发生18次重大核事故。1995年全球功率最大的快中子增殖反应堆，法国“超级凤凰”核电站，因事故不断被迫关闭。1999年日本茨城，韩国月城，2000年美国肯塔基州帕迪尤卡等核电站均发生过核泄露。全世界核电安全记录难称良好。

2) 高放核废料永久、安全处理仍是一个全球为之困惑的难题。高放核废料的主要来源是核电站。据粗略估计到20世末，核电排废约19万吨，是70年代的20倍。在评价核废料污染方面，国际上有两个组织，一个是国际幅射防护委员会，另一个是欧洲幅射危险委员会。前一个组织、即国际幅射防护委员会因与核工业开发有密切联系，发表的调查结果受到公众质疑，后一个组织即幅射防护委员会是由30位独立的科学家组成的国际组织，比较公正。2003年该组织发表的报告中指出，来自核电站和执行核武器计划所造成污染，已造成上千万人的直接或间接受害者。该报告呼吁政府重新考虑对核工业的支持。因此，人们对核电是否清洁也存在忧虑。

总之，认为核电安全、可靠、清洁尚为时过早。在经济方面，核电一次性投资很大，也是一个值得注意的问题。

当然我们不能因噎废食，不搞核电建设，但应充分吸取国际正反两方面的经验、教训把工作做得更好。

3) 　 TMB（隧道掘进机）只适应於隧道开挖吗？

　　一般认为，当隧道全长大于6km，或隧道长度与直径之比大于600时，才采用掘进机方案。但近年来，随着科学技术的不断进步，这一传统观念已被工程实践所突破。例如在欧洲，一些发达国家、尤其是瑞士，有不少长度3km左右的隧道采用掘进机开挖。再如，我国香港地区的葵青隧道（连接九龙半岛及新界地铁工程的一部分），全长只有1.8km，同样采用掘进机开挖。该隧道穿越一段坚硬岩层和一段旧填海区的软土，开挖直径8.75m，砌后直径7.62m，原计划采用钻爆法及明挖回填方案施工。经全面技术，经济比较后，最后采用混合式隧道掘进机（Mixed TBM）方案，成功地完成了开挖支护任务。 　 　

4) 　 地下工程的造价一定高于地面工程吗？

　　一提到地下工程方案，往往是摇头者多，点头者少，主要原因是在不少人的心目中地下工程造价太高，竞争不过地面工程。这种传统的观念束缚着人们的头脑，限制了地下工程的发展，在绝大多数发展中国家尤其如此。实际上这并不是一个普遍规律，对具体情况要做具体分析。如日本政府原计划采用全线高架方式建设东京外环高速公路，由于沿线居民强烈反对这种严重污染环境的地面工程，一直不能付实施。2003年1月决定将高架高速公路改为地下高速公路计划。建设地下高速公路不用花拆迁费和征地费，也无需给土地所有人支付补偿，可以降低造价、缩短工期。可行性研究表明，每公里的建设费用大约为800亿日圆，比高架式公路节约20-30%，建设工期可以从15年缩短到8年。至于环境效益更不待言。上述情况，很值得我们借鉴。

5) “城市扩张”是发展方向吗？

城市扩张（Urban Sprawl）也可以叫做“摊大饼”。这是一个全球性的问题。

　　上世纪第二次世界大战以后，英国提出“大伦敦规划”。后来受到“有机疏散理论”的冲击，城市功能从高度集中到有机疏散的方向发展，在伦敦周边建设了十几个功能齐全的中小城镇。

　　进入21世纪以来，人们普遍认识到建立生态化城市的重要性。为达到这个目的，一方面努力开发地下空间，另一方面尽量缩小城市规模，力争建立更多的紧凑型城市（Compact City），而不是“摊大饼”。“让我们看见壮丽的天际线”，“让我们拥有更多的视野权和采光权”，“让我们生活在更加宁静的环境中”已成为人们的共识。立交桥、高价桥、摩天大楼已不是现代化城市的标志，更不值得去宣传、去歌颂。迄今为止，我国的城市发展的某些方面令人担忧，不少媒体还把“摊大饼”当成一种光荣的事业去宣传。在这个问题上，我们要从全局的观点，更深的层次，反思城市的发展，生态的保护及人类自身的行为。

6) 无节制地水坝建设合理吗？

　　出于对生态环境的忧虑，在国际范围内，从上世纪70年代以来，一些发达国家开始全面审视兴建大坝的合理性。

　　美国于1994年放弃了以兴建高坝大库作为水资源开发主要模式的政策。1997年美国政府的一个报告中记录了各州拆除了近500个水坝的情况。与此同时，美国国家能源委员会被授权可以下令拆除水坝，以保护河流生态系统和渔业资源。

法国、挪威、瑞典及莱茵河流域国家也相继出台了有关河流重新自然化的措施。

从总体上看，进入21世纪以来，大规模修建水坝时代在一些发达国家正逐渐告终。

　　我国正在进行大规模水利水电建设，应在保护生态环境的前提下，加强水资源的综合开发利用，提倡有节制的、理性的开发、尽可能兴建引水式地下工程，避免地方保护主义采用“跑马圈水“方式无序开发水资源。

　　值得注意的是，2003年7月有人要在离都江堰1310上游兴建坝高为23、坝长为1200的杨柳湖水库。该方案提出之后，立刻引起人们的密切关注。众所周知，都江堰是我国水利史上的一座丰碑。无坝引水，自流灌溉是这项生态工程的最大特色。2000年11月被联合国科教文组织列入“世界文化遗产”。在紧靠都江堰的上游建坝，无疑会严重地破坏生态平衡，这种行动不仅对中国人民、也是对世界人民的一种不负责任的行为，我们应该竭力避免类似事件的发生。

四、中国岩石力学与工程发展的新使命、新方向、新途径[1]

　　在新世纪中我们期待着中华振兴和现代化的实现。目前西部开发已逐步开始实施，西部开发不仅是西部问题，它暗含着东部进入持续快速发展阶段。

　　西部开发首先面临着生存发展基础的建设，即基础设施和生态环境的建设。西部地区环境恶劣而且脆弱。沙漠戈壁，冻土灾害，黄土侵蚀，高山峡谷，地质作用活跃，环境灾害频繁，基础工程建设极为艰难，风险度高。到21世纪后半世纪，进一步开展农业工程，水源工程，能源资源开发工程及城镇建设是西部繁荣的必然趋势。

　　东部地区虽然先行一步，但是基础设施建设，环境恢复再造任务仍十分艰巨；东部地区还担负着向海洋进军的任务。同时，美化中华大地的“山川湖海家园”的国土建设将在全国如火如荼地开展起来。

我国岩石力学专家们义不容辞的新使命就是为人类社会可持续发展去创新，走向新的深化和开拓，走向岩石力学与工程的新世纪。

　　为了实现岩石力学的新使命，岩石力学与工程的理论概念和技术方法应该相应的转变。转变的方向是由相对比较单一、范围比较小的裂隙岩体问题的解决转向复杂的、大范围的地体系统问题的研究和解决。研究对象的多种因素相互作用，极大地增强了问题的不确定性和非线性。岩石力学中的耦合问题和系统分析变成不可回避的研究任务。

　　至少在以下五个方面的问题应成为我们的主攻方向。

（1）岩石力学研究由局限的岩体走向解决山体和地体等大范围、大尺度的工程和资源开发问题。力学上均一体的尺寸效应进化为大尺度和多尺度问题，因此不可避免地将面临多尺度模型及其耦合。非线性分形理论的应用为这方面研究提供了初步的科学方法。

（2）岩石力学由研究单一的固体不连续材料向多场耦合和多相运动研究发展。岩石力学专家早就了解到水在岩体的力学行为中的重要作用，但是随着岩石力学问题的拓展，热、流、固、化多场并存时其相互作用与耦合机制有待深入研究和突破。同时，在岩体由小变形到大变形，并发展为体内外物质运动时将包含固、气、水、微粒的多相复合运动，这种复杂状态的描述也成为新的未解出问题。甚至在包含岩石和软土的许多岩土系统中岩土耦合的力学行为也是不清楚的复杂介质耦合问题。

（3）岩石力学从单纯的地球内动力驱动或外动力驱动模型向内外动力耦合作用模型的转变。内外动力耦合作用可能是瞬间动态力（如地震力）和静态力（如自重力）的耦合，也可能是极慢的时效力（地形变力）和静态力的耦合，或者是三者的耦合，表现为多种性质荷载作用的耦合。它们造成对岩石工程系统的力学行为影响将有待进一步的研究。

（4）岩石力学从工程岩体稳定性研究向极端灾害的非线性动力过程的预测及防治进军。高烈度地震，巨型山崩、滑坡、泥石流，大型矿山的塌陷等从孕育、形成、发展到成灾的非线系统动力学过程和时空预测将是重大的研究难题，其不确定性更加严重，而统计例数则甚为稀罕。

（5）从常规的岩石开挖的失稳防治到新型大规模暴力攻击的防护，以及人地关系的协调。人类工程活动诱发岩体的失稳破坏及其控制，曾是岩石力学研究的重要命题，但是新的命题是人地关系协调。此外，人类暴力和战争仍乌云密布，人类还在不断发明大规模破坏性武器，21世纪我们还必须注意到高强暴力攻击的岩石防护。但是，我们希望有一天大规模岩石破碎和加固技术终将不会导致人类之间的残杀。我们相信我国年轻一代岩石力学专家和工程师们将会不断探索新的途径去完成新世纪的任务，实现新的使命。要解决上面提出的那些复杂的系统耦合问题，采取系统的综合集成，显然是明智的选择。认识问题的思想方法同被认识问题的实际理应具有一致性。这里提出多重综合集成途径（Multiple Meta-synthetics）作为这一思路的基础。

（1）多源知识的综合集成。这是钱学森先生倡导的“经验、推理、测量”的复杂系统综合集成原理。在复杂的岩体工程和环境系统中，不确定性极强，以致任何一种来源的知识都难以支持可靠的决策。多源知识的综合集成显然是最佳的选择。当多源知识结论一致时，决策的可靠度较高。当多源知识互斥时，应分别自检，并互馈信息，以期得到结论的一致。

（2）多种手段的综合集成。多种手段的综合集成包括地质、物探、测量、力学试验、数理分析、化学分析等多种技术方法组合，也可理解为以力学为主，与地学、物理、化学等学科交叉结合。

（3）多尺度的综合集成。岩石力学问题的大尺度拓展，则其微观、细观、宏观及宇观的研究皆甚重要，而综合集成则是决策的必要途径。多尺度的研究和相互耦合将使研究得到应有的深化。

五、结 　 语

　　我们相信随着我国社会经济向新的战略目标迈进，振兴中华的理想越来越显出光辉，年轻的岩石力学工作者将会看到一个光耀夺目的岩石力学与工程的新时代的来临，并为祖国的可持续发展做出贡献。

值得学习了解

谢谢搭档，很全面，学习了！

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