岩石力学研究的现状和未来傅冰骏教授在全国岩土与工程学术大会报告

岩石力学研究的现状和未来——傅冰骏教授在全国岩土与工程学术大会报告2003-10-17岩石力学研究的现状和未来傅冰骏（中国科学院地质与地球物理研究所北京，100029）引言岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩石的力学以及与力学有关现象的一门新兴科学。它不仅与国民经济基础建设、资源开发、环境保护、减灾防灾有密切联系，具有重要的实用价值，而且也是力学和地学相结合的一个基础学科。岩石力学的发生与发展与其它学科一样，是与人类的生产活动紧密相关的。早在远古时代，我们的祖先就在洞穴中繁衍生息，并利用岩石做工具和武器，出现过“石器时代”。公元前2700年左右，古代埃及的劳动人民修建了金字塔。公元前6世纪，巴比伦人在山区修建了“空中花园”。公元前613-591年我国人民在安徽淠河上修建了历史上第一座拦河坝。公元前256-251年，在四川岷江修建了都江堰水利工程。公元前254年左右（秦昭王时代）开始出钻探技术。公元前218年在广西开凿了沟通长江和珠江水系的灵渠，筑有砌石分水堰。公元前221-206年在北部山区修建了万里长城。在20世纪初，我国杰出的工程师詹天佑先生主持建成了北京-张家口铁路上一座长约1公里的八达岭隧道。在修建这些工程的过程中，不可避免地要运用一些岩石力学方面的基本知识。但是，作为一门学科，岩石力学研究是从20世纪50年代前后才开始的。当时世界各国正处于第二次世界大战以后的经济恢复时期，大规模的基本建设，有力地促进了岩石力学的研究与实践。岩石力学逐渐作为一门独立的学科出现在世界上，并日益受到重视。目前国际上已建和正建的大坝，最大高度超过300m，地下洞室的最大开挖跨度超过50m，矿山开采深度超过4000m，边坡垂直高度达1000m，石油开采深度超过9000m，深部核废料处理需要考虑的时间效应至少为1万年，研究地壳形变涉及的深度达50-60km，温度在1000oC以上，时间效应为几百万年。今后，随着能源、交通、环保、国防等事业的发展，更为复杂、巨大的岩石工程将日益增多。但是，国际上有许多工程由于对岩石力学缺乏足够的研究，而造成工程事故。其中最著名的是法国马尔帕塞（Malpasset）拱坝垮坝及意大利瓦依昂（Vajont）工程的大滑坡。马尔帕塞薄拱坝，坝高60m，坝基为片麻岩，1959年左坝肩沿一个倾斜的软弱面滑动，造成溃坝惨剧，400余人丧生。瓦依昂双曲拱坝，坝高261.6米，坝基为断裂十分发育的灰岩。1963年大坝上游左岸山体发生大滑坡，约有2.7-3.0亿立米的岩体突然下塌，水库中有5000万立米的水被挤出，击起250米高的巨大水浪，高150米的洪波溢过坝顶，死亡3000余人。近年来，虽然岩石力学得到突飞猛进的发展，但与岩体失稳有关的大坝崩溃，边坡滑动，矿山瓦斯爆炸，围岩地下水灾害等惨剧仍时有发生。诸如此类的工程实例，都充分说明能否安全经济地进行工程建设，在很大程度上取决于人们是否能够运用近代岩石力学的原理和方法去解决工程上的问题。当前世界上正建和拟建的一些巨型工程及与地学有关的重大项目都把岩石力学作为主要研究对象。第一节国际岩石力学与岩石工程发展动态一、国际岩石力学学会成立前（1962）的概况在国际岩石力学学会成立前，尤其是上世纪二战以后，为适应经济发展的迫切需要，各国都相继建立了一些机构对岩石力学进行专题研究。当时各国有代表性的研究机构如下：美国：（1）美国军部工程兵团(ACE,ArmyCorpsofEngineersU.S.A).（2）美国垦务局(BureauofReclamationU.S.A).（3）卡罗拉多矿业学院(ColoradoSchoolofMines)前苏联（1）全苏水工研究院(ВНИИГ)（2）全苏矿山测量研究院(ВНИИΜИ)（3）列宁格勒矿业学院（4）莫斯科建筑工程学院(ΜИСИ)德国卡尔斯鲁大学(UniversityofKarlsruhe)奥地利（1）国际岩石力学研究所(Interfels)（2）维也纳工业大学(TechnischeUniverstatWien)瑞士苏黎世工业大学(ETH,EidgenossischeTechnischeHochschuleZurich)英国(1)国家煤炭局(NationalCoalBoard,GreatBritain)(2)伦敦大学帝国科学技术学院(ImperialCollegeofScienceandTechnology,UniversityofLondon)法国(1)法国工业大学固体力学实验室（EcolePolytechnique,LaboratoriredeMecaniquedesSolides）(2)法国电力局（ElectricitedeFrance）(3)巴黎结构中心研究所（Centred’EtudesduBatimenParis）南非(1)南非采矿与冶金研究院（SouthAfricanInstituteofMiningandMetallurgy,SAIMM）(2)南非科学与工业研究委员会（CSIR,SouthAfricanCouncilforScientificandIndustrialResearch）澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO,CommonwealthScientific&IndustrialResearchOrganization)日本（1）日本地质调查研究所（GSJ,GeologicalSurveyofJapan）（2）土木工程研究院(PWRI,PublicWorksResearchInstitute)上述研究机构中，不少单位具有悠久的历史，如美国卡罗拉多矿业学院（CSM）成立于1874年，南非采矿与冶金研究院（SAIMM）成立于1894年，澳大利亚（CSIRO）成立于1926年等。这期间，国际上没有统一的岩石力学学术组织，国际学术交流大都是在国际土力学与基础工程（ISSMFE）国际工程地质协会（IAEG）、国际理论与应用力学联合会（IUTAM）主办的学术会议上进行的。二、国际岩石力学学会成立以后的进展1962年国际岩石力学学会的成立标志着岩石力学的发展走向一个新阶段，以下重点加以介绍。1.沿革国际岩石力学学会（ISRM,InternationalSocietyforRockMechanics）是一个非政府、非赢利的国际学术组织，其主要目的是推动和促进国际间岩石力学与工程领域的合作和学术交流。学会的主要经济来源是会员的会费，赞助费及出版、广告收入。该学会成立于1962年，比国际土力学与基础工程学会的成立晚26年。它是在奥地利地质力学学会（OsterrichischeGeoellschaftfurGeomechanik,OGG）的基础上建立起来的。奥地利地质力学学会是国际上第一个岩石力学学术团体，由缪勒教授（L.Muller）发起组织于1951年，会址设在萨尔茨堡（Salzburg）。该学会自成立之日起，每年召开一次“奥地利地质力学学术讨论会”（OsterrichischeGeomechanik-Kolloguium,OGG）。在1962年10月召开的第13届学术讨论会上，在L.Muller教授倡导下，成立了国际岩石力学学会。会上推选L.Muller教授担任第一届国际岩石力学学会主席。此后于1966年9月组织召开了第一届国际岩石力学大会（1stISRMCongress）。大会在葡萄牙里斯本召开，参加会议的有来自全世界40个国家或地区的代表共814名，提交论文241篇。反映了当时国际岩石力学的发展水平。此后大约每隔4年召开一次大会（Congress）,每年召开区域性会议(RegionalSymposium)或年会(AnnualMeetingorInternationalSymposium)。ISRM的官方语言为英语、法语和德语。法语名称为SocieterInternationaledeMecaniquedesRoches,SIMR，德语名称为InternationleGesellschaftfurFelsmechnik,IGF.2.组织1）会员学会的会员由国家小组、团体会员及通讯会员组成。国家小组(NationalGroup,简称NG)是代表一个国家或地区（如东南亚地区）的岩石力学学会或委员会参加国际学会的组织。国家小组的成员是国际学会的个人会员(Individualmember)，或普通会员(Ordinarymember)。团体会员(Corporatemember)是与岩石力学有关的公司、协会或其它团体或组织，通常向国际学会提供一定的经济支持，也称赞助会员(Supportingmember)。通讯会员(Correspondingmember)，仅代表个人参加国际学会。据2002年底统计资料，国际学会共有国家小组47个，普通会员5016个，通讯会员84个，团体会员138个。2)领导、管理机构学会的领导机构由理事会、主席团和秘书处组成。全体理事会是学会的最高权利机构。理事会（CouncilofISRM）的组成人员为：主席团成员，历届学会前任主席，每一个国家小组的一名代表。主席团（BoardofISRM）的成员为：——学会主席——各大洲，包括非洲、亚洲、大洋洲、欧洲、北美洲、南美洲的副主席，其中之一为第一副主席。所有副主席均通过选举产生。——两名以下的无任所副主席，均由主席团聘任产生。——当选学会主席(Presidentelect)，在本届学会任期的后两年选举产生，与现任主席在工作上有两年的交叉。——学会秘书处(ISRMSecretariat)的成员为包括：秘书长，《国际岩石力学学会信息通报》(ISRMNEWSJOURNAL)主编，及行政、管理人员。——学会秘书长负责处理日常工作，直接向主席负责。国际学会的秘书处一直设在葡萄牙里斯本国立土木工程研究所(LNEC，LaboratorioNacionaldeEngenhariaCivil)，地址为：101AV.doBrasilP-1799LisboaCodexPORTUGAL。E-mail:[e-mail]网址：://）国际学会历届主席为：LeopoldMuller,奥地利(1962—1966)ManualRocha,葡萄牙(1966—1970)LeonardObert,美国(1970—1974)PierreHabib,法国(1974—1979)WalterWittke,德国(1979—1983)EdwardT.Brown,英国(1983—1987)JohnFranklin,加拿大(1987—1991)CharlesFairhurst,美国(1991—1995)樱井春辅(ShunsukeSakurai),(1995—1999)MarcPanet，法国(1999—2003)本届主席为N.vanderMerwe,南非(2003—2007)学会第一任秘书长为F.MilloMendes教授，现任秘书长为LuisLamas博士(2003—)3.主要活动1）国际学术会议历届国际岩石力学大会的时间、地点如下：第1届大会—1966年9月在葡萄牙里斯本第2届大会—1970年9月在南斯拉夫贝尔格来德第3届大会—1974年9月在美国丹佛(Denver)第4届大会—1979年9月在瑞士蒙特诺(Montreux)第5届大会—1983年4月在澳大利亚墨尔本(Melburne)第6届大会—1987年9月在加拿大蒙特利尔(Montreal)第7届大会—1991年9月在德国阿亨(Aachen)第8届大会—1995年9月在日本东京(Tokyo)第9届大会—1999年8月在法国巴黎(Paris)第10届大会—2003年9月在南非Sandton2）专业委员会、工作委员会和专业组织在主席团的协助下，学会主席可以批准成立某些专业委员会、工作委员会或专业组织从事与学会工作有关的科学、技术及管理方面的专题研究。①专业委员会及工作委员会自1967年以来，先后成立的专业委员会及工作委员会(ISRMCommission)有28个，它们是：——