三峽岩基專題組
三峽岩基專題組
三峽岩基專題組（簡稱三峽岩基組）是在1958年成立，長江科學院岩基研究所是在它的基礎上逐漸發展起，是我國最早開展岩石力學研究的單位。
1954年，長江特大洪水之後，中共中央考慮要較好地解決長江中下游防洪問題和長江水資源的綜合利用問題，指示長江水利委員會(簡稱長委會)一定要從長江流域規劃人手，探求治本之策。1955年中共中央決定編製長江流域規劃報告，1956年長委會正式改為長江流域規劃辦公室，承擔長江流域規劃工作在周總理指導下，1957年基本完成《長江流域綜合利用規戈I要點報告》討論稿，1959年修改定稿。其中明確了三峽水利樞紐是治理開發長江的關鍵工程。
1958年3月，中共中央成都會議上，討論通過了周恩來總理專題報告《中共中央關於三峽水利樞紐和長江流域規劃的意見》並經政治局會議批准。會議明確指出：三峽水利樞紐是需要修建和可能修建的。應當採取積極準備充分可靠的方針，進行各項有關工作。並決定立即著手興建漢江丹江口水利樞紐。同年4月，國家科委和中國科學院、水利電力部根據周恩來總理指示，為開展三峽科研工作的全國大協作，成立了三峽科研領導小組(簡稱科委三峽組)，並於6月在武漢召開了“長江三峽第一次科研會議”，參加會議的有中國科學院、水利電力部及有關部、委、局的設計、科研、製造單位及高等院校共82個單位、268人，參加會議的還有蘇聯電力、機械專家。會上制訂了三峽科研計劃，課題開展面比較寬，差不多包括水利水電所有專業。三峽岩基問題是三峽水利樞紐重大科學技術問題之一。需要成立專門機構開展研究工作。由於，三峽岩基問題是三峽水利樞紐重大科學技術問題之一。第一次三峽科研會議鑒於此項研究任務繁重，會議決定集中力量組成三峽岩基專題組。該組是國家科委三峽水利大組的一個常設分組，由長科院代管。籌組工作十分迅速。1958年7月30日至8月5日在漢口召開由長科院和中科院土建研究所等主持單位參加的籌備工作會議之後，參加協作單位人員、設備迅速集中，lO月6日在長科院內正式成立“三峽岩基專題組”(簡稱三峽岩基組)。
三峽岩基組組長由長科院副院長楊賢溢兼任，中科院學部委員、土建所研究員、國際知名的岩土力學專家陳宗基博士為副組長，全面負責科技工作，長科院土工室主任杜時敏兼任副組長。
三峽岩基組由全國18個(1959年後增到20個)單位按主持單位(土建所、長科院、中國科學院、水科院、水利水電建設總局)、參加單位(北京礦業學院、建築工程部建築科學研究院、中國科學院礦冶研究所、清華大學、武漢水利電力學院、成都工學院)、支援單位(水利電力部長沙勘測設計院、湖南大學、水利電力部北京勘測設汁院、水利電力部成都勘測設計院、合肥工業大學)以及協作單位(北京鋼鐵學院、北京大學、北京地質學院、中國科學院地球物理研究所)等4種協作攻關形式組成。建組時，成員近百名，其中長科院57名。在陳宗基研究員指導下，1958年12月制訂出《三峽岩基專題研究計劃綱要》。研究工作是緊密地結合三峽工程實際，通過試驗研究、理論分析和總結經驗解決設計施工中存在的問題。在研究方法上以野外大型試驗為主，結合室內研究和理論分析，提出新的有關理論。以期為三峽設計施工服務，同時也將在其他工程實際中發揮指導作用。《計劃綱要》分壩基穩定研究、壩基及地下結構灌漿處理的研究以及地下結構與明槽深挖邊坡穩定的研究三大部分。並組建了相應的課西組，為配合現場工作，長辦還在三斗坪設立“三峽試驗站”。
三峽岩基組從而全面系統地開展了三峽岩基科研工作。三峽岩基組下設5個課題組，分別簡介如下：
一、岩石工程力學性質研究
開始進行了室內岩塊的物理力學性質的測定，試驗內容除一般岩石比重、容重及吸水率等物理性外，試驗數量較多的主要是單軸抗壓和三軸強度試驗，也作了一定數量的變形、抗剪試驗。根據多年系列試驗，三峽三斗坪壩址閃雲斜長花崗岩試驗結果的統計值：新鮮、微風化的濕抗壓強度為88．2兆帕，弱風化的抗壓強度為78.4兆帕；新鮮、微、弱風化的比重均為27.048千牛/立方米。在現場試驗工作中，1958年10月至1960年9月完成水壓法試驗1處；雙筒法及三筒法測定岩石單位抗力係數lO個；千斤頂承壓板法測定岩體變形模量試驗36個(左岸30點，右岸6點)；岩體本身抗剪強度試驗6組(左岸)；混凝土與基岩抗剪試驗l1組；岩體本身抗剪強度試驗結果，試件多沿裂隙面剪斷，裂隙的分佈及產狀對試驗成果影響較大，岩體本身抗剪強度也遠大於混凝土與基岩的抗剪強度。經在3號平硐對球狀風化岩山岩壓力測定，岩體位移隨時間增加。岩石不是純彈性體而是流變體，岩石的變形不但與載入的應力有關，而且和先前存在過的應力狀態有關，岩石受荷載后因流變發生而使岩石彈性模數偏低。
二、灌漿材料及灌漿技術的研究
此項課題研究是長江流域開展的第一個岩基灌漿的專門研究項目。為了解決三峽工程的防滲和固結灌漿問題，1958年開始漿材和灌漿技術的系統研究。1959年流變試驗研究表明：蒙脫土漿材是濱漢體，具觸變性，是灌漿的好材料，同年對粘土、水泥灌漿材料也作了研究，試驗表明，木質磺酸鈣除能改善水泥漿的流動性和穩定性外，在凝結時聞方面，對500號硅酸鹽水泥有延緩作用，而對800號水泥有加速作用；增水性表面活性物質松香皂能改善水泥漿流動性和穩定性。上述研究的目的在於增加漿液的可灌性、穩定性，以適應三峽壩基深孔帷幕防滲和弱風化帶固結的需要。1959～1960年分別在三峽三斗坪壩址中堡島和獅子包進行固結灌漿實地試驗，以研究破碎帶通過灌漿能否增加整體性和提高岩石強度。試驗結果表明：破碎帶中存在少數緩傾角的大裂隙或裂隙密集帶，灌后滲透流量降低，達到設計要求。糜棱岩和角礫岩性緻密，膠結好，裂隙細微，普通細度水泥灌漿難於達到目的。在壓碎岩碎塊間無膠結物，透水性強，灌漿耗灰量大，灌后單位吸水量降至0.03升/分以下，以地震法測得灌后彈性模量為5.4 x lO4兆帕，有顯著提高，影響帶吸漿性能也好，灌后單位吸水量可降到0.001升/分左右，灌漿效果良好。自此以後，加強了對改善水泥漿體性能的研究。是用物理化學的方法，如加木質磺酸鈣、松香皂、蒙脫土、磷酸銨、硫酸亞鐵、酚甲醛、鋁粉、硫酸鋁等；二是用物理或機械的方法，如研磨、分選、高速攪拌等。兩種方法並用，可以增加水泥顆粒分散性和漿液流動性。通過等大型水利樞紐水泥灌漿施工取得顯著的效果。
1959年5月5日，三峽岩基組邀請中國科學院系統、建工部門及水利系統在京召開了灌漿材料座談會，會後，化學灌漿材辯研究積極開展，初步成果表明：環氧樹脂可製成起始粘度低，對岩石粘結力強的灌漿材料；以甲基丙稀酸甲酯為主劑的漿液，固化物強度高，對三峽黑雲母石英閎長岩粘接后抗剪強度達8兆帕(雙剪)。爾後，由長科院與中科院中南化學所、水電部上海勘測設計院科研所、丹江口工程局協作，研究出丙烯醯胺化學灌漿合成漿液(國內同行定名為“丙凝”)，並進行性能和現場灌注試驗和古田溪水電站壩基止水灌漿成功。在丹江口大壩壩基防滲帷幕施工中，用丙凝建立了大型基礎化學灌漿帷幕，首開先河。長科院又與丹江口工程局協作，在工地開展甲凝、環氧樹脂、丙強等化學灌漿成功，並推廣到許多水電工程工地，在三峽三斗坪壩區也得到應用。80年代初，華東院、長科院和中科院廣州化學研究所合編出版了《化學灌漿技術》一書，是中國水利建設中第部化學灌漿專著，反映了三峽岩基組首次開展化學灌漿 來，科研人員在不斷試驗研究中取得的科學成果。
三、地下結構穩定性試驗研究
1958年，三峽岩基組即開始圍繞三峽水利樞紐開展岩基穩定分析工作。對地下結構穩定性研究提出要考慮靜力和動力的影響，通過野外大型試驗(靜力、動力)和理論分析，為三峽設計提供地下結構岩體應力分佈及合理的斷面形式和間距。首先研究靜力影響，初期，用隧洞光測彈性試驗研究了圓形和圓拱直牆形斷面隧洞的周邊應力分佈，在總結國內外文獻的基礎上，將洞室穩定分析理論歸納為鬆散介質理論、彈性理論和彈塑性理論3種。1960年提出一個考慮岩石各向異性和流變性的壓力隧洞襯砌計算的一股方法，將村砌視為變厚度的彈性地基上的曲梁，岩石彈性抗力係數隨位置而異。問題最後歸納為求解一變係數線性常微分方程，作出若干假設后，可以得到問題的近似解。
地應力場狀態是所有地面、地下、邊坡岩石工程的設計、襯砌計算和穩定性分析必不可少的基本資料，1958年，三峽岩基組即著手三峽岩體地應力測試技術的研究及測試設備的研製，並開展岩體表面應力測量工作，後來又進行了鑽孔地應力測量和地應力場的研究。經過40餘年的發展，我國地應力測量與研究工作已經從無到有，各種測量手段齊備，許多專業組織已經遍布全國，在許多工程中已積累了豐富的經驗和實測數據，基本上滿足了工程設計方面的需要。我國在這方面的研究水平為國際同行所矚目。三峽岩基組當年創立此項專題研究，是具有前瞻性的。
三峽及其他重大水利樞紐地下結構的穩定性問題包括地下洞室軸線走向、洞室的幾何形狀、洞室群最佳間距、襯砌支護形式和襯砌厚度的選擇、最佳的施工開挖次序和支護襯砌時間的選擇等穩定性分析和安全度計算，都必須具有該工程區的地應力資料。這是當初制定的《三峽岩基專題研究計劃綱要》中對這一課題研究目的和要求，在長科院岩基科研人員反覆實踐認識中達到了，並有所發展。
四、電子儀器與動力技術試驗研究
主要任務是工程爆破測量技術研究和爆破、振動測量儀器的研製。按《三峽岩基專題研究計劃綱要》要求用自己設計的萬能振動三軸剪力儀及超聲波儀測定岩石動力性質，然後間接研究岩石可能產生的流變性質。為了研究爆破對隧洞穩定的動力影響，在平硐中安設測定爆破影響的設備(如電阻應變儀、加速度儀、速度儀、震幅測定儀等)進行不同爆破量的爆破試驗，研究爆破效能、爆破距離對隧洞穩定的影響。在爆破過程中利用電阻應變儀和放大器，測岩石的動力變形，爆破后利用鋼絲測微計測定岩石不可恢復的塑性變形，而這個變形是不允許超過由應力應變關係中求出的危險變形的，同時，陳宗基教授還提出了《應力波在岩石內的傳播理論研究》的學術論文以指導爆破試驗研究。此項理論研究，當時曾與中國科學院地球物理研究所、力學研究所協作進行。1962年，三峽岩基組因三峽工程推遲而改變體制，長科院在原有基礎上擴充爆破組，添置儀器，增加技術力量，繼續從事爆破技術和瀑破動力作用規律的研究。
《三峽岩基專題研究計劃綱要》提出的岩石動力性質試驗研究有：①地震法測定岩石動力彈性模量；② 用電磁振動器(低頻連續波激發裝置)激發彈性波，以測量野外岩石動力彈性模量；③ 室內測定岩石振動性質。《綱要》中還提到“地音測壓儀法”即岩體受力破壞過程中的聲發射監測方法的研究。1959—1960年，中國科學院地球物理研究所四室、水利部北京勘測設計院和三峽岩基組協作，用超聲渡法、地震法在三峽三斗坪壩址對岩體強風化帶、弱風化帶、微風化帶、新鮮岩體進行縱波速度、橫波速度、動力彈性模量測定，取得了準確、有效的科學成果。隨著廣泛的工程實踐，科學技術的發展，至80年代，彈性渡已發展成為岩石力學工程評價中的常規方法，用於提供岩石試件和現場岩體的動力彈性參數、岩體各向異性、爆破影響範圍、洞室圍岩鬆弛區、基岩固結灌漿和軟基強夯壓實效果、混凝土結構及樁基礎質量無損檢查，地應力作用的主要方向及岩體監等。
五、船閘邊坡穩定試驗研究
1958年，三峽岩基組開展三峽多級船閘高邊坡穩定性研究，首先在總結國內外資料的基礎上，歸納出邊坡穩定計算的6種方法即：在均勻介質中沿一個平面滑動；在均勻介質中沿圓弧面滑動；根據鬆散介質力學求出的極限邊坡外形；假定邊坡坡角與剪切角組重合；沿層面和裂隙面滑動；針對三峽水利樞紐船閘深挖邊坡提出了用索柯洛夫斯基極限平衡理論和戈魯什克維奇圖解法計算了在岩體自重量和坡頂均布荷載作用下的穩定狀態，提出了對抗剪強度取值要考慮試驗方法及岩體結構特性的意見。爾後，經過多種計算方法的探索，至1985年，長科院首次把岩石塊體理論應用於三峽船閘高邊坡分析計算，其成果為三峽船閘設計提供了依據。
1960年8月，第二次北戴河中央工作會議期間，周恩來總理又召開了一次長江規劃工作會議，根據當時總的形勢，親自調整了三峽建設步伐。他說：國家正處在困難時期，但對三峽工程應該是“雄心不變，加強科研”。三峽岩基組根據這一要求，除了繼續進行三峽岩基各項課題試驗研究外，還擔任了丹江口、石泉、葛洲壩等水利樞紐和五強溪，陸水蒲圻、岷江映秀灣水電站、大冶鐵礦等處的岩基科研任務，推廣三峽岩基科研經驗。至1962年初，三峽岩基組已提出了107份試驗研究報告，不僅提供了工程設計依據，由於涵蓋了專業各個方面，還為岩基學科的發展打下了良好的基礎。
1962年，由於三峽工程推遲，6月，國家科委對三峽岩基組的原協作方式作了改變。爾後，繼續為長江三峽和其他水利水電工程以及礦山、隧洞工程開展岩基科研工作的有長科院岩基研究室、中國科學院武漢岩體土力學研究所等。有關設計院、大專院校的岩基科研工作的逐步開展，起骨幹作用的大多是參加三峽岩基組的科研人員。
1985年6月，在北京參加岩石力學與工程學會成立大會暨學術討論會的代表，即達200餘人，標誌新中國岩基科研事業的發展，進人了新階段。會上，選舉了陳宗基先生擔任中國岩石力學與工程學會理事長，在此之前，他長期擔任了國際岩石力學學會副主席。會議期間，陳宗基先生、梅劍雲先生和我以及當年參加三峽岩基組工作的16位科研人員相聚，倍感親切，還照了像，情緒熱烈。可惜，陳宗基碗士和梅劍雲教授90年代初相繼病逝，他們對岩基科研的創辦和發展，對中國岩石力學與工程學會的建立和成功運作都做出了貢獻，令人思念不已。