第三節(jié)中國(guó)巖石力學(xué)與巖石工程發(fā)展前景展望
人類(lèi)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，信息革命的浪潮席卷全球，經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程加速，數(shù)字地球（Digital Earth）系統(tǒng)正以空前的規(guī)模和速度推動(dòng)著人類(lèi)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)邁進(jìn)。作為地球科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，我國(guó)巖石力學(xué)與巖石工程也面臨一系列新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
一、宏觀形勢(shì)分析
1. 我國(guó)在巖石力學(xué)發(fā)展方面的有利條件
1）我國(guó)是世界上的發(fā)展中國(guó)家。改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)大約以每年7—8％的速度遞增。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在全球經(jīng)濟(jì)不太景氣的情況下，只有中國(guó)“一花獨(dú)放”，正在進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。這一前提為我國(guó)巖石力學(xué)的發(fā)展，創(chuàng)造了前所未有的良好條件。
2）我國(guó)有960萬(wàn)km2的陸地，473km2的海域，6500多個(gè)島嶼，海岸線總長(zhǎng)超過(guò)1.8萬(wàn)km，幅員遼闊，構(gòu)造復(fù)雜。山地面積約占陸地面積的2/3，在巖石力學(xué)領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?BR> 3）我國(guó)巖土工程市場(chǎng)規(guī)模之大，舉世罕見(jiàn)。除已建成的長(zhǎng)江葛洲壩、黃河小浪底水利樞紐、雅礱江二灘水電站，大瑤山、秦嶺鐵路隧道以外，在建和擬建的還有三峽、小灣、龍灘、溪洛渡等水電工程，神華鐵路工程，秦嶺公路隧道工程，瓊州海峽、臺(tái)灣海峽海底隧道工程等。與西部大開(kāi)發(fā)有關(guān)的青藏鐵路、南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸?shù)戎T多工程項(xiàng)目更為世人所矚目。
4）我國(guó)具有廣大人才市場(chǎng)。我國(guó)的科技人員在巖石力學(xué)與巖石工程理論研究和工程實(shí)踐方面的成就在國(guó)際巖石力學(xué)界受到普遍的重視
5）中國(guó)大陸處在太平洋板塊、歐亞板塊和印度洋板塊丁字型交接部位。中國(guó)地塊本身又是在不同地質(zhì)時(shí)期由若干小板塊拼合而成，板塊之間的交接地帶都是構(gòu)造活動(dòng)比較活躍的地區(qū)。上述各種條件都決定了我國(guó)的地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜。多年來(lái)的工程實(shí)踐說(shuō)明，在巖石力學(xué)領(lǐng)域，一些發(fā)達(dá)國(guó)家行之有效的方法，在中國(guó)時(shí)常無(wú)能為力，如在隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）快速開(kāi)挖、煤層小構(gòu)造探測(cè)、煤層氣開(kāi)發(fā)利用等方面都遇到這一類(lèi)問(wèn)題。這就要求我們必須根據(jù)自己的特點(diǎn)發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的巖石力學(xué)與巖石工程。
2. 發(fā)展中存在的主要問(wèn)題
1）人口多、底子薄，資源相對(duì)貧乏。和世界人均占有量相比，我國(guó)人均可耕地為世界人均量的1/3，森林為1/6，礦產(chǎn)為1/2。
2）嚴(yán)重缺水，我國(guó)淡水資源總量為28000億m3，占世界總量的8％，但人均占有量?jī)H為世界人均量的1/4，排名第88位。更為嚴(yán)重的是，水資源時(shí)空分布不均，長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)，徑流量占全國(guó)的80％以上，而北方及西北廣大地區(qū)只占12％，而且降水時(shí)間多集中在夏秋季。
3）地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱
我國(guó)是地震、滑坡、泥石流等多發(fā)國(guó)家之一。其中地震災(zāi)害尤其嚴(yán)重，我國(guó)國(guó)土面積占全球的1/16，但從20世紀(jì)以來(lái)，地震災(zāi)害卻占全球的1/2，是大陸地震發(fā)生最多的國(guó)家。我國(guó)大約有45％的大中城市處于Ⅶ度地震烈度區(qū)。
我國(guó)水土流失面積已占國(guó)土面積的16.7％，全國(guó)年水土流失總量達(dá)46億噸，重點(diǎn)是黃河流域，但長(zhǎng)江流域的問(wèn)題也不可忽視，長(zhǎng)江上游地區(qū)森林覆蓋率50多年來(lái)已由30％減少到15％，導(dǎo)致水土流失加劇。
我國(guó)是世界上沙漠化最嚴(yán)重的國(guó)家之一，沙漠化的面積約為國(guó)土總面積的18％，石漠化正以每年2500km2的速度擴(kuò)展，其危害不亞于沙漠化。
4）資源利用率較低
我國(guó)一方面資源不足，另一方面資源利用率不高，嚴(yán)重浪費(fèi)。許多地區(qū)對(duì)資源采取粗放式經(jīng)營(yíng)，相當(dāng)一部分地區(qū)甚至靠掠奪性的開(kāi)采取得短期的經(jīng)濟(jì)效益。以水資源利用率為例，我國(guó)單位產(chǎn)品用水量比發(fā)達(dá)國(guó)家高出5－10倍。發(fā)達(dá)國(guó)家的重復(fù)利用率為70～90％，而我國(guó)只有25％左右。2000年工業(yè)廢水排放量為194億噸，城市生活污水排放量221億噸，處理率均較低。全國(guó)有80％以上的河流受到不同程度的污染。
我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，有75％是以煤為原料組成的。二氧化硫嚴(yán)重超標(biāo)，酸雨態(tài)勢(shì)擴(kuò)大，出現(xiàn)酸雨的城市占全國(guó)城市半數(shù)以上，主要集中在南方。
5） 雖然我國(guó)在巖石力學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也應(yīng)該清醒地看到，以往的工作主要是圍繞著傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求進(jìn)行的。盡管在理論和實(shí)踐中有中國(guó)特色，但總體上是發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)化時(shí)期巖石力學(xué)工作的延續(xù)發(fā)展，而且是若干前沿領(lǐng)域出現(xiàn)了新的空白和差距。
我國(guó)巖石力學(xué)與工程研究，迄今為止，相對(duì)集中于水利水電工程和固體礦產(chǎn)開(kāi)采兩個(gè)主要領(lǐng)域，當(dāng)然這兩領(lǐng)域在發(fā)達(dá)國(guó)家已有萎縮，而在我國(guó)仍有向更高水準(zhǔn)發(fā)展的空間。同時(shí)，經(jīng)過(guò)“跨越式發(fā)展”，“迎頭趕上”應(yīng)該是我們的發(fā)展戰(zhàn)略，不可滿足于“跟蹤”和“尾追”。因此我們的學(xué)術(shù)思想要指向原始創(chuàng)新，面向未來(lái)，面向世界，面向可持續(xù)發(fā)展，注意并適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的動(dòng)向。[1]
二、21世紀(jì)面臨的新問(wèn)題[1]-[5]
1. 信息技術(shù)
當(dāng)前信息技術(shù)日新月異，正有力地推動(dòng)著社會(huì)發(fā)展和人類(lèi)進(jìn)步。1998年美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽恕皵?shù)字地球”“這一新概念之后，在全球又掀起了一個(gè)新高潮。在巖石力學(xué)方面，美國(guó)于1994年率先提出了“巖石網(wǎng)絡(luò)”（“Rock Net”），1995年組織召開(kāi)了“因特網(wǎng)與地球科學(xué)專(zhuān)題學(xué)術(shù)會(huì)議”，1997年又提出了“巖石數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)”（“Cyber Rock”）。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）近年來(lái)也不遺余力地推動(dòng)巖石力學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)在各成員國(guó)的推廣應(yīng)用。在籌辦第10屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)時(shí)，絕大部分會(huì)議通報(bào)、注冊(cè)登記、會(huì)費(fèi)交納均在網(wǎng)上進(jìn)行。為便于廣大會(huì)員及時(shí)得到信息，國(guó)際學(xué)會(huì)在網(wǎng)址上專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)信息平臺(tái)（Communication Platform）。在今年召開(kāi)的理事會(huì)上還決定建立互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（Interactive wibsite），進(jìn)一步增加電子出版物，減少紙張出版物（Publication in paper form）。今后《ISRM News Journal》及會(huì)議論文提要都要從網(wǎng)上查詢。至于巖石力學(xué)方面的電子出版物（CD-ROM），在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已非常普遍。
人類(lèi)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，信息革命的浪潮席卷全球，經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程加速，數(shù)字地球（Digital Earth）系統(tǒng)正以空前的規(guī)模和速度推動(dòng)著人類(lèi)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)邁進(jìn)。作為地球科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，我國(guó)巖石力學(xué)與巖石工程也面臨一系列新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
一、宏觀形勢(shì)分析
1. 我國(guó)在巖石力學(xué)發(fā)展方面的有利條件
1）我國(guó)是世界上的發(fā)展中國(guó)家。改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)大約以每年7—8％的速度遞增。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在全球經(jīng)濟(jì)不太景氣的情況下，只有中國(guó)“一花獨(dú)放”，正在進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。這一前提為我國(guó)巖石力學(xué)的發(fā)展，創(chuàng)造了前所未有的良好條件。
2）我國(guó)有960萬(wàn)km2的陸地，473km2的海域，6500多個(gè)島嶼，海岸線總長(zhǎng)超過(guò)1.8萬(wàn)km，幅員遼闊，構(gòu)造復(fù)雜。山地面積約占陸地面積的2/3，在巖石力學(xué)領(lǐng)域有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?BR> 3）我國(guó)巖土工程市場(chǎng)規(guī)模之大，舉世罕見(jiàn)。除已建成的長(zhǎng)江葛洲壩、黃河小浪底水利樞紐、雅礱江二灘水電站，大瑤山、秦嶺鐵路隧道以外，在建和擬建的還有三峽、小灣、龍灘、溪洛渡等水電工程，神華鐵路工程，秦嶺公路隧道工程，瓊州海峽、臺(tái)灣海峽海底隧道工程等。與西部大開(kāi)發(fā)有關(guān)的青藏鐵路、南水北調(diào)、西電東送、西氣東輸?shù)戎T多工程項(xiàng)目更為世人所矚目。
4）我國(guó)具有廣大人才市場(chǎng)。我國(guó)的科技人員在巖石力學(xué)與巖石工程理論研究和工程實(shí)踐方面的成就在國(guó)際巖石力學(xué)界受到普遍的重視
5）中國(guó)大陸處在太平洋板塊、歐亞板塊和印度洋板塊丁字型交接部位。中國(guó)地塊本身又是在不同地質(zhì)時(shí)期由若干小板塊拼合而成，板塊之間的交接地帶都是構(gòu)造活動(dòng)比較活躍的地區(qū)。上述各種條件都決定了我國(guó)的地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜。多年來(lái)的工程實(shí)踐說(shuō)明，在巖石力學(xué)領(lǐng)域，一些發(fā)達(dá)國(guó)家行之有效的方法，在中國(guó)時(shí)常無(wú)能為力，如在隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）快速開(kāi)挖、煤層小構(gòu)造探測(cè)、煤層氣開(kāi)發(fā)利用等方面都遇到這一類(lèi)問(wèn)題。這就要求我們必須根據(jù)自己的特點(diǎn)發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的巖石力學(xué)與巖石工程。
2. 發(fā)展中存在的主要問(wèn)題
1）人口多、底子薄，資源相對(duì)貧乏。和世界人均占有量相比，我國(guó)人均可耕地為世界人均量的1/3，森林為1/6，礦產(chǎn)為1/2。
2）嚴(yán)重缺水，我國(guó)淡水資源總量為28000億m3，占世界總量的8％，但人均占有量?jī)H為世界人均量的1/4，排名第88位。更為嚴(yán)重的是，水資源時(shí)空分布不均，長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)，徑流量占全國(guó)的80％以上，而北方及西北廣大地區(qū)只占12％，而且降水時(shí)間多集中在夏秋季。
3）地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱
我國(guó)是地震、滑坡、泥石流等多發(fā)國(guó)家之一。其中地震災(zāi)害尤其嚴(yán)重，我國(guó)國(guó)土面積占全球的1/16，但從20世紀(jì)以來(lái)，地震災(zāi)害卻占全球的1/2，是大陸地震發(fā)生最多的國(guó)家。我國(guó)大約有45％的大中城市處于Ⅶ度地震烈度區(qū)。
我國(guó)水土流失面積已占國(guó)土面積的16.7％，全國(guó)年水土流失總量達(dá)46億噸，重點(diǎn)是黃河流域，但長(zhǎng)江流域的問(wèn)題也不可忽視，長(zhǎng)江上游地區(qū)森林覆蓋率50多年來(lái)已由30％減少到15％，導(dǎo)致水土流失加劇。
我國(guó)是世界上沙漠化最嚴(yán)重的國(guó)家之一，沙漠化的面積約為國(guó)土總面積的18％，石漠化正以每年2500km2的速度擴(kuò)展，其危害不亞于沙漠化。
4）資源利用率較低
我國(guó)一方面資源不足，另一方面資源利用率不高，嚴(yán)重浪費(fèi)。許多地區(qū)對(duì)資源采取粗放式經(jīng)營(yíng)，相當(dāng)一部分地區(qū)甚至靠掠奪性的開(kāi)采取得短期的經(jīng)濟(jì)效益。以水資源利用率為例，我國(guó)單位產(chǎn)品用水量比發(fā)達(dá)國(guó)家高出5－10倍。發(fā)達(dá)國(guó)家的重復(fù)利用率為70～90％，而我國(guó)只有25％左右。2000年工業(yè)廢水排放量為194億噸，城市生活污水排放量221億噸，處理率均較低。全國(guó)有80％以上的河流受到不同程度的污染。
我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，有75％是以煤為原料組成的。二氧化硫嚴(yán)重超標(biāo)，酸雨態(tài)勢(shì)擴(kuò)大，出現(xiàn)酸雨的城市占全國(guó)城市半數(shù)以上，主要集中在南方。
5） 雖然我國(guó)在巖石力學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但我們也應(yīng)該清醒地看到，以往的工作主要是圍繞著傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的需求進(jìn)行的。盡管在理論和實(shí)踐中有中國(guó)特色，但總體上是發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)化時(shí)期巖石力學(xué)工作的延續(xù)發(fā)展，而且是若干前沿領(lǐng)域出現(xiàn)了新的空白和差距。
我國(guó)巖石力學(xué)與工程研究，迄今為止，相對(duì)集中于水利水電工程和固體礦產(chǎn)開(kāi)采兩個(gè)主要領(lǐng)域，當(dāng)然這兩領(lǐng)域在發(fā)達(dá)國(guó)家已有萎縮，而在我國(guó)仍有向更高水準(zhǔn)發(fā)展的空間。同時(shí)，經(jīng)過(guò)“跨越式發(fā)展”，“迎頭趕上”應(yīng)該是我們的發(fā)展戰(zhàn)略，不可滿足于“跟蹤”和“尾追”。因此我們的學(xué)術(shù)思想要指向原始創(chuàng)新，面向未來(lái)，面向世界，面向可持續(xù)發(fā)展，注意并適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化的動(dòng)向。[1]
二、21世紀(jì)面臨的新問(wèn)題[1]-[5]
1. 信息技術(shù)
當(dāng)前信息技術(shù)日新月異，正有力地推動(dòng)著社會(huì)發(fā)展和人類(lèi)進(jìn)步。1998年美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽恕皵?shù)字地球”“這一新概念之后，在全球又掀起了一個(gè)新高潮。在巖石力學(xué)方面，美國(guó)于1994年率先提出了“巖石網(wǎng)絡(luò)”（“Rock Net”），1995年組織召開(kāi)了“因特網(wǎng)與地球科學(xué)專(zhuān)題學(xué)術(shù)會(huì)議”，1997年又提出了“巖石數(shù)字化信息網(wǎng)絡(luò)”（“Cyber Rock”）。國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)（ISRM）近年來(lái)也不遺余力地推動(dòng)巖石力學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)在各成員國(guó)的推廣應(yīng)用。在籌辦第10屆國(guó)際巖石力學(xué)大會(huì)時(shí)，絕大部分會(huì)議通報(bào)、注冊(cè)登記、會(huì)費(fèi)交納均在網(wǎng)上進(jìn)行。為便于廣大會(huì)員及時(shí)得到信息，國(guó)際學(xué)會(huì)在網(wǎng)址上專(zhuān)門(mén)設(shè)置了一個(gè)信息平臺(tái)（Communication Platform）。在今年召開(kāi)的理事會(huì)上還決定建立互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（Interactive wibsite），進(jìn)一步增加電子出版物，減少紙張出版物（Publication in paper form）。今后《ISRM News Journal》及會(huì)議論文提要都要從網(wǎng)上查詢。至于巖石力學(xué)方面的電子出版物（CD-ROM），在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已非常普遍。