我国经济影响下的岩石力学与工程学科

【摘 要】岩石力学与工程是力学、地学与工程科学相结合的一个基础学科。作为一门典型的应用科学学科,岩石力学与工程学科的快速发展与社会影响有直接关系。我国的岩石力学与工程学科处在蓬勃发展期,并在我国科技事业中具有了相当重要的地位,究其原因,与改革开放以来我国社会发展具有密切的联系。而经济作为一个社会因素,对岩石力学与工程学科发展起到了重要的作用。本文将对我国改革开放以来经济影响下岩石力学与工程学科的发展进行探讨。

【关键词】岩石力学与工程 经济 改革开放

一、岩石力学与工程学科的发展

岩石力学与工程学科是一门典型的应用科学学科,与人类的生产活动紧密相关。它不仅与国家基础设施的工程建设有密切关系,而且也是资源开发、交通运输、环境保护、减灾防灾等事业的支柱,具有重要的实用价值。

我国实行改革开放政策以来,岩石力学与工程学科得到突飞猛进的发展。在基础研究方面,继岩石力学与工程界先驱陈宗基先生在岩石流变学,谷德振先生在岩体结构、岩体工程地质力学做出巨大贡献。近年来我国学者在关键块体理论、不连续变形分析(DDA),数值流形元方法(NMM),岩石分形分准、智能岩石力学、软岩力学、岩石破坏过程分析(REPA)、卸荷岩石力学、岩石记忆与开挖理论、岩石力学非线性研究等方面的研究都提出诸多创新的成果。

此外,在陈宗基先生提出的“岩石力学必须紧密结合工程实际”的学科发展思想的指导下,我国岩石力学与工程科技工作者积极理论联系实际,为解决国家重大项目所遇到的岩石力学与工程难题,开展了大量的工作,取得了丰富的成果。

二、经济发展为岩石力学与工程学科兴起提供源动力

1.能源、工业的需要

国民经济和社会的快速发展,是我国能源需求不断增长的基本推动力,为我国的经济和社会发展提供更多的能源,满足不断增加的能源需求,更是我国能源问题面临的长期挑战。

我国能源资源探明储量中,96%是煤炭,油气资源仅占总量的4%左右,煤炭资源相对丰富。我国的能源工业中,煤炭占我国一次能源生产和消费结构中的70%左右,是我国的主要能源。改革开放以来,我国经济的快速增长,对煤炭业发展提出了更高的要求。

此外,我国的能源结构决定了我国电源结构以煤为主,煤炭工业在我国能源经济中占有重要地位。不光是煤炭业,原油、天然气、水电等能源的产量也日益增大。经济的迅速发展对能源产量提出了需求,而能源产量的增加同时也为经济发展提供了基础保障。

除煤电之外,水电也是我国能源供应的一大重要来源。和其他基础产业一样,其发展趋势和国家的宏观发展方向与社会要求密切相关。八十年代后期,我国开始探索水电滚动开发机制,组建大型流域水电开发公司。2000年后,我国的发电量突增,跨入了一个新的阶段。作为一种清洁能源,水电工程的开发也与符合国家经济建设的可持续发展,优先发展水电已成为国家的电力建设方针,且国家也正将重点建设火电转为重点开发水电。

另外,我国80%的工业原料来源于矿产资源,其中金属矿产资源占有非常重要的地位。有学者进行过研究,我国非煤矿山采选业生产总值约占全国GDP总值的1%,是国民经济高速发展的重要基础。

根据我国核电产业发展规划,到2020年我国核电总装机容量要达到4000万千瓦,在建1800万千瓦。大力发展核电,是我国能源产业发展的趋势。在未来十多年中,我国将投入至少5000亿元人民币用于发展核电事业。根据2020年中国GDP翻两番的发展目标估计,国内约需发电装机容量8亿-9亿千瓦,而已有装机容量仅为4亿千瓦,在煤电和水电两大电力产业发展受限的条件下,清洁、高效的核电成为首要备选产业。在核电工程如火如荼开展的同时也带来了核废料地质处置问题。根据中国核电未来规模,中国高放射性核废料处置库将耗资数百亿人民币,容量足以容纳中国核工业未来产生的所有高放射性核废料。

在这些社会事业发展的过程中,大量的岩石力学与工程问题被提出,极大程度促进了岩石力学与工程学科的发展,更催生了矿山岩石力学、水工岩石力学两大学术方向。目前,核废料地质处置中的关键岩石力学与工程问题已成为学届研究的热点,同时也是核废物地质处置工程急需解决技术问题的重中之重。随着这些工程建设的开展、工程规模的加大,岩体表现出“高温、高地应力、高渗透压”的特征,在核废物地质处置工程中更需要考虑岩体THMC(温度-应力(变形)-流体流动-化学反应)耦合这一复杂科学问题,如何对工程建设中的开挖扰动进行有效控制,更为经济合理地开发资源,将为我国岩石力学与工程的发展提供持续的动力。

2.交通事业的需要

交通与经济发展有着一种必然联系,交通业的发展,是经济的基本保证和长久需求。改革开放后,国民经济持续高速发展,公路运输需求强劲增长,公路基础设施建设开始发生了历史性转变。

上世纪90年代中期,我国高速公路建设步伐加快。路基高边坡与隧道围岩稳定性成为工程成败的关键。进入新世纪,随着高速公路建设向山区腹部延伸,更为复杂的地形和地质条件,岩石工程规模的增大使得公路高边坡、特大型桥梁、特长隧道数目增多,地质灾害频发。为解决山区高速公路建设初期、建设过程中的问题,交通部等相关政府机构组织开展科技攻关,突破了大量急需解决的岩石力学与工程问题,这些都在很大程度上促进了学科的快速发展。

据铁道部门资料,截至2003年底,我国大陆拥有铁路隧道7400余座,总长度达4200km。尤其在改革开放以后,铁路建设进入了蓬勃发展时期,山区铁路工程深埋长大隧道、高桥高墩、高陡岸(边)坡、顺层边坡大量出现且不断增多,高岸(边)坡、顺层边坡的稳定性分析评价、加固及病害防治;隧道工程中可能发生的瓦斯、岩爆、软岩大变形、高地温、高地热、高水压、岩溶突水涌泥,以及地下采空和不良地质的探测、评价与灾害防治为岩石力学与工程学科的发展提供了前进的动力。

参考文献:

[1]王思敬.中国岩石力学与工程的世纪成就与历史使命[J].岩石力学与工程学报, 2003, 22(6):867-871.

[2]王思敬.中国岩石力学与工程:世纪成就.南京,河海大学出版社,2004.

[3]中国可持续能源实施“十一五”20%节能目标的途径与措施研究.北京:科学出版社,2008.

[4]学研究所岩土力学与工程研究进展.北京:科学出版社,2003.

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