我國經濟影響下的巖石力學與工程學科

任　重　盛　謙

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

【關鍵詞】巖石力學與工程 經濟 改革開放

一、巖石力學與工程學科的發展

巖石力學與工程學科是一門典型的應用科學學科,與人類的生產活動緊密相關。它不僅與國家基礎設施的工程建設有密切關系,而且也是資源開發、交通運輸、環境保護、減災防災等事業的支柱,具有重要的實用價值。

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

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

二、經濟發展為巖石力學與工程學科興起提供源動力

1.能源、工業的需要

國民經濟和社會的快速發展,是我國能源需求不斷增長的基本推動力,為我國的經濟和社會發展提供更多的能源,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。

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。我國的能源工業中,煤炭占我國一次能源生產和消費結構中的70%左右,是我國的主要能源。改革開放以來,我國經濟的快速增長,對煤炭業發展提出了更高的要求。

此外,我國的能源結構決定了我國電源結構以煤為主,煤炭工業在我國能源經濟中占有重要地位。不光是煤炭業,原油、天然氣、水電等能源的產量也日益增大。經濟的迅速發展對能源產量提出了需求,而能源產量的增加同時也為經濟發展提供了基礎保障。

除煤電之外,水電也是我國能源供應的一大重要來源。和其他基礎產業一樣,其發展趨勢和國家的宏觀發展方向與社會要求密切相關。八十年代后期,我國開始探索水電滾動開發機制,組建大型流域水電開發公司。2000年后,我國的發電量突增,跨入了一個新的階段。作為一種清潔能源,水電工程的開發也與符合國家經濟建設的可持續發展,優先發展水電已成為國家的電力建設方針,且國家也正將重點建設火電轉為重點開發水電。

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

根據我國核電產業發展規劃,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。大力發展核電,是我國能源產業發展的趨勢。在未來十多年中,我國將投入至少5000億元人民幣用于發展核電事業。根據2020年中國GDP翻兩番的發展目標估計,國內約需發電裝機容量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業發展受限的條件下,清潔、高效的核電成為首要備選產業。在核電工程如火如荼開展的同時也帶來了核廢料地質處置問題。根據中國核電未來規模,中國高放射性核廢料處置庫將耗資數百億人民幣,容量足以容納中國核工業未來產生的所有高放射性核廢料。

在這些社會事業發展的過程中,大量的巖石力學與工程問題被提出,極大程度促進了巖石力學與工程學科的發展,更催生了礦山巖石力學、水工巖石力學兩大學術方向。目前,核廢料地質處置中的關鍵巖石力學與工程問題已成為學屆研究的熱點,同時也是核廢物地質處置工程急需解決技術問題的重中之重。隨著這些工程建設的開展、工程規模的加大,巖體表現出“高溫、高地應力、高滲透壓”的特征,在核廢物地質處置工程中更需要考慮巖體THMC(溫度-應力(變形)-流體流動-化學反應)耦合這一復雜科學問題,如何對工程建設中的開挖擾動進行有效控制,更為經濟合理地開發資源,將為我國巖石力學與工程的發展提供持續的動力。

2.交通事業的需要

交通與經濟發展有著一種必然聯系,交通業的發展,是經濟的基本保證和長久需求。改革開放后,國民經濟持續高速發展,公路運輸需求強勁增長,公路基礎設施建設開始發生了歷史性轉變。

上世紀90年代中期,我國高速公路建設步伐加快。路基高邊坡與隧道圍巖穩定性成為工程成敗的關鍵。進入新世紀,隨著高速公路建設向山區腹部延伸,更為復雜的地形和地質條件,巖石工程規模的增大使得公路高邊坡、特大型橋梁、特長隧道數目增多,地質災害頻發。為解決山區高速公路建設初期、建設過程中的問題,交通部等相關政府機構組織開展科技攻關,突破了大量急需解決的巖石力學與工程問題,這些都在很大程度上促進了學科的快速發展。

據鐵道部門資料,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,鐵路建設進入了蓬勃發展時期,山區鐵路工程深埋長大隧道、高橋高墩、高陡岸(邊)坡、順層邊坡大量出現且不斷增多,高岸(邊)坡、順層邊坡的穩定性分析評價、加固及病害防治;隧道工程中可能發生的瓦斯、巖爆、軟巖大變形、高地溫、高地熱、高水壓、巖溶突水涌泥,以及地下采空和不良地質的探測、評價與災害防治為巖石力學與工程學科的發展提供了前進的動力。

參考文獻:

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