中国岩石工程的不足与挑战

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中国岩石工程的不足与挑战

总结中国岩石工程的特点与复杂性，主要有以下 8 个方面：（1 ）工程规模大，建设周期长。

如三峡工程、南水北调都是当今世界第一的岩土工程，其岩石开挖加固量都非常巨大，从勘

测、设计到施工运行差不多半个世纪。（2 ）环境恶劣，地质条件复杂。目前中国很多岩石工

程不但具有特殊的构造地质条件（如膨胀岩、地下暗河和岩溶）、松散破碎复杂岩基，而且往

往位于高海拔、高地应力、高地震烈度的西南地区，或者深水海洋，建设环境恶劣，对施工人

员安全保护至关重要。（3 ）边界模糊，且开裂破坏多尺度。中国岩石工程尽管做了很多勘

测，但岩土体介质充满着不确定性（含随机性和模糊性）和不确知性，因此岩土工程的应力边

界复杂。加之存在从厘米岩石开裂到百米级宏观断层，多尺度特征明显。（4 ）加固处理难，

特别是破碎岩体地区的加固处理至今没有好的办法。中国岩体分级标准尚未统一，给加固设计

带来新问题。（5 ）岩体存在长期的流变，且监测难度大，人工建筑与自然岩体相互作用的不

协调也给岩体长期变形监测带来许多困难。（6 ）岩石力学问题突出。除岩体材料非线性外，

还含几何非线性的大变形和大应变，对相应的理论分析及其数值模拟提出了更高的要求。

（7 ）岩体工程与多学科的交叉性，传统岩土工程主要是以固体力学等基础学科为支撑的。但

随着岩石力学的发展，其与工程地质学、信息学、人文学、环境学的交叉越来越重要。（8 ）

深部岩石力学工程越来越多，相应的设计原理、支护理论以及灾害控制方法的研究亟待深入发

展。现有的岩石工程设计原理和支护理论基本满足浅部岩石工程实践需要，但是在深部岩石工

程面前，尚存在很大的不适用性。

2 中国岩石工程研究的不足。

从近10 a “的获奖成果、973 ”计划中岩石工程研究内容，以及岩石工程勘测设计方法、监测与

预警方法、典型重大岩石工程建设可以看出，尽管中国科技工作者对岩石工程的研究涉及到各

个方面，取得了巨大的成就，但还必须清晰看到存在的若干不足：（1 ）工程技术成就上升为

原创性的理论研究成果较少，基本的本构关系、通用的岩石破坏、强度准则大多仍是在国外的

研究成果基础上修正发展。（2 ）现场和实验室试验技术原创的试验设备和试验方法不多，目

前在现场运用的主要检测、监测方法仍以引用国外成果为主，如微震技术等。（3 ）缺乏原创

的大型数值软件平台，目前国内岩土研究应用较多的 FLAC,ANSYS,Marco,Abaqus 等数值软件

都是从国外引进，尽管中国也发展了实用的数值仿真软件，但是其计算求解器等核心算法大多

是国外研究成果。（4 ）某些领域原创性的岩石工程机械化施工、监测、开挖等成套技术、工

法、设计方法还有很大的发展空间，如目前中国页岩气开采的瓶颈主要是非常规天然气工程岩

体力学理论、开采工艺和设备。（5 “）从 973 ”计划看，国家对涉及岩石工程的相关领域投入

了大量的科研经费，特别是能源行业（如煤炭和水电），发表文章数量也在国际上已经是处于

前列地位，但是围绕岩石工程有份量和国际影响的重要发明成果还是较少，这固然跟中国目前

科研评估体系不够完善有关，但也说明中国真正要成为岩石工程强国还有很长的路要走，尤其

在推动岩石工程学科发展的原创理论、大规模计算方法、动态设计、施工工法、成套施工原创

技术和岩体工程稳定控制技术还有很多研究需要做。

3 中国岩石工程面临的挑战。

中国岩石工程历史悠久，最远可追溯到70 万a前北京猿人建造的居住洞穴，但是采用现代岩

石力学科学只不过60 余年的历史。尽管科技人员在岩石力学与工程方面做出了突出贡献，为

中国岩石工程的实践发展提供了坚实的基础；但由于岩石工程的复杂性、个案性，还存在许多

没有解决的问题，笔者从岩石工程学科发展的角度提出了中国当前岩石工程面临10 个挑战问

题。

（1 ）工程材料、结构、系统相结合。岩石不但是能记忆所经历漫长地质作用的地球介质，也

是由多种矿物晶粒、胶结物及孔隙组成的复杂的混合物材料；岩体也是一种存在断裂面、节理

和断层等缺陷的岩石结构；而当岩石、岩体与混凝土、锚系加固等组合一起时，又是一个自然

与人工结合的系统。

天然裂纹、孔洞缺陷使真实岩石材料、岩体结构呈现非连续、非均匀、各向异性和非弹性等特

征；岩石材料、岩体结构，岩石工程系统的力学行为在结构和时间上都呈现不连续性、不确定

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摘要：

中国岩石工程的不足与挑战总结中国岩石工程的特点与复杂性，主要有以下8个方面：（1）工程规模大，建设周期长。如三峡工程、南水北调都是当今世界第一的岩土工程，其岩石开挖加固量都非常巨大，从勘测、设计到施工运行差不多半个世纪。（2）环境恶劣，地质条件复杂。目前中国很多岩石工程不但具有特殊的构造地质条件（如膨胀岩、地下暗河和岩溶）、松散破碎复杂岩基，而且往往位于高海拔、高地应力、高地震烈度的西南地区，或者深水海洋，建设环境恶劣，对施工人员安全保护至关重要。（3）边界模糊，且开裂破坏多尺度。中国岩石工程尽管做了很多勘测，但岩土体介质充满着不确定性（含随机性和模糊性）和不确知性，因此岩土工程的应力边界复杂...

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