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一代宗師谷德振:中國工程地質學的奠基人與開拓者

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谷德振先生(1914.8.13—1982.6.21),河南密縣(現新密市)人,我國著名的地質學家、工程地質學家,中國工程地質學的奠基人和開拓者,1980年當選為中國科學院學部委員(院士),曾任第三屆全國人大代表。1979年1月加入中國共產黨。


1942年畢業于西南聯合大學地質地理氣象學系,早期從事礦產資源、區域地質研究;爾后成為李四光助手,開始構造地質與地質力學的研究。1950年服從國家需要走上了工程地質事業的道路,曾任中國地質工作計劃指導委員會(地質部)治淮工程地質隊隊長、地質部武漢長江大橋工程地質隊隊長、長江流域規劃辦公室地質總工程師、地質科學院水文地質工程地質研究所副所長、中國科學院地質研究所水文地質工程地質研究室主任、中國地質學會工程地質專業委員會首屆主任委員等。


他從治淮工程的工程地質起始(1951年)到二灘水電站工程地質研究為止(1982年),連續開展工程地質研究32年。不僅開展了水利水電工程,而且還從事鐵路、礦山、國防、核爆、核電站等工程地質工作,以及喀斯特、水文地質、水庫地震等專題研究。經多年實踐,創建了具有我國特色的、新的分支學科——巖體工程地質力學。

2014年谷德振先生誕辰一百周年之際,曾因工作關系長期與谷先生接觸的原水利電力部部長、中國工程院院士錢正英欣然為谷先生題詞“一代宗師”。


求學地質,早期從事礦產資源、

區域地質與構造地質研究

1914年8月13日,谷德振出生于河南省密縣(現新密市)谷垌村。該地是產煤的地方,其父經營煤炭,經濟條件較好,為谷德振的求學提供了經濟基礎。他在縣城讀完初中后,就到北京上高中。1936年,谷德振從北京育英中學畢業,考取國立北京大學?;诋敃r知識界“實業救國”的思想和豫西山地豐富的煤炭資源,以及父親從事采煤業的影響,青年谷德振選擇了地質專業。

正當他壯志滿懷、刻苦求知的時候,1937年“七七事變”,平津淪陷。北京大學、清華大學、南開大學三校師生輾轉到昆明成立了西南聯合大學。此時的谷德振因身染重疾,盤纏不濟,難以隨遷,便休學回家養病,期間曾駐足河南大學,一為治病,二是不想荒廢學業而借機聽課。1937年底谷德振回到家鄉密縣,在家養病期間參加了密縣抗日救國動員委員會、中國青年救國會的抗日宣傳活動,在返校前的幾個月還到小學任課。

1939年5月,谷德振經武漢、長沙、桂林、南寧,取道鎮南關(今友誼關)進入河內,轉乘火車(滇越鐵路)到達蒙自后轉赴昆明,在國立西南聯合大學地質地理氣象系復學。在西南聯大讀書時,谷德振的同班同學中后來有劉東生、顧知微、陳夢熊、郝怡純、馬杏垣、穆恩之、韓德馨等先后當選為中國科學院學部委員(院士)。

1942年,谷德振從西南聯合大學畢業后被四川省地質調查所(所址:重慶上清寺)錄用,先后受聘技佐、技士。1942~1945年間,他在時任四川省地質調查所所長的著名地質學家侯德封的指導下,與錢尚忠、楊敬之、曹國權等同仁,先后圍繞大渡河下游砂金礦、鋁土頁巖,南江-旺蒼地區變質巖中的石墨、大理巖與石棉、重晶石和金礦,以及四川自流井鹽礦等開展區域地質與礦產資源調查。

川滇黔地區山高谷深,舟楫不便,當時人煙稀少,工作十分艱難。谷德振曾多次講到當時的困難情形,所謂野外補助每天不過幾分錢,連布襪都買不起,常常是光著腳穿草鞋跋山涉水。困難不僅僅是生活上的,而工作條件上的困難更大。一般都是在地質工作的“空白”區,別說地質資料,連地形圖都沒有,全部靠羅盤,一邊測地形一邊查地質。谷德振說他的地質基本功就是那時練就的。在此期間,谷德振與同仁合作撰寫并發表了多篇論文:

“大渡河下游砂金地質”(錢尚忠與谷德振)

“南江旺蒼間地質”(楊敬之與谷德振)

“四川南江旺蒼間火成巖體之侵入時代”(楊敬之與谷德振)

“大渡河下游沙灣五渡溪一帶鋁土頁巖”(錢尚忠與谷德振)

“四川自流井鹽礦地質”(曹國權與谷德振)

“四川酉陽重晶石、螢石礦地質”(段國璋與谷德振)

1944年11月,中國地質界元老、著名地質學家李四光,帶領部分中央研究院地質研究所人員,從廣西桂林來到重慶,在侯德封的安排下,中研院地質研究所人員入住上清寺小龍坎四川省地質調查所內。在重慶期間,李四光作了“從地質力學觀點看中國山脈之形成”的學術報告,并分五講作了《地質力學的基礎與方法》的學術講演,對地質力學理論做了系統闡述。谷德振深受啟發,思考著如何把對構造地質的興趣與地質力學相結合,歷史的機遇就此確立了谷德振的研究方向。


1945年冬在中央研究院地質研究所門前

(前排中為李四光夫婦,第二排右1為谷德振)


1959年李四光先生七十大壽時師生合影(前排中為李四光夫婦,后排右4為谷德振)

1946年初,谷德振作為李四光的助手轉入中央研究院地質研究所,先后受聘助理員、助理研究員??箲饎倮罄钏墓庖凭又貞c北碚養病,谷德振、吳磊伯常陪李四光去北溫泉公園附近觀察地質構造,他們在侏羅系石英砂巖中,發現一個剝落出來的圓柱體,其周圍展布著小型的弧形褶皺和斷裂的地質現象。4月間,李四光派谷德振和吳磊伯進一步考察重慶北碚地區的地質構造,精確測量侏羅系石英巖中那些彎曲的斷裂面,李四光不僅數度負病到現場指導,還對其研究報告進行審閱。谷德振在工作中有較多機會聆聽李四光的教導,更扎實地學習和理解地質力學的理論基礎與方法,還在李四光直接指導下,開展構造模擬試驗(俗稱泥巴試驗),從不同的實驗材料和力的作用方式下觀察構造形變,從而分析地殼運動方式。



20世紀40年代末在南京

1947年6~7月,谷德振與孫殿卿在浙江省桐廬與諸暨做野外調查,重點研究李四光先生提出的桐廬帚狀構造。1947年11~12月,谷德振多次與馬振圖、孫殿卿等同仁,赴南嶺東段(即贛南地區)分別對贛南山字型構造特征、永豐變形礫巖和大吉山、大際坑兩處鎢礦進行深入調查。1948年奉李四光之命,在室內又開展了不同粘土材料、不同含水量和不同糙度基底的、系統的構造模擬實驗。谷德振在中研院地質所期間發表的研究成果有:

“從節理發育之狀況討論重慶北溫泉附近之地質構造及溫泉成因”(谷德振)

“江西永豐縣梁坊橋變形礫巖”(谷德振)

“贛南山字型構造之脊柱與其他構造線之干擾”(馬振圖與谷德振)

“江西南豐大際坑鎢礦”(馬振圖與谷德振)

“浙江桐廬分水間之構造系統及其干涉關系”(孫殿卿與谷德振)

“浙江桐廬附近帚形構造與其他小型構造之關系”(孫殿卿與谷德振)

其中,“從節理發育之狀況討論重慶北溫泉附近之地質構造及溫泉成因”和“江西永豐縣梁坊橋變形礫巖”兩篇論文是這個時期的代表作,是兩篇應用地質力學基礎理論與方法研究小構造的典型范例。



1949年1月13日,中研院地質所許杰、趙金科、斯行健、孫殿卿、張文佑、劉之遠、吳磊伯、馬振圖、谷德振、陳慶宣、徐煜堅等11人,在張文佑住處密商地質研究所同仁反對搬遷的誓約。4月23日南京解放,研究所在李四光和留所同仁的努力下,完整地保存下來。1949年11月1日,中國科學院正式成立,原中央研究院地質研究所完整地歸屬于中國科學院并接受后期的調整。1950年4月,根據東北建設需求,喻德淵(后任長春地質學院院長)、谷德振、戴廣秀、李錫之等11人組成中國科學院北滿地質礦產調查隊,赴雙鴨山、北滿等地開展地質礦產調查。調查隊通過4個多月的工作,對完達山及小興安嶺的地質構造和煤礦、鐵礦資源有了初步了解。調查工作結束后,谷德振撰寫了一篇題為“北滿地質礦產調查隊小興安嶺之行”的論文,1951年發表于《科學通報》第二卷二期。

轉行工程地質,成功地將地質力學理論與方法應用于工程地質研究

治淮工程(1951-1953年)

1950年8月25日,政務院會議通過了全國地質機構設立意見,即設立:一會(中國地質工作計劃指導委員會)、兩所(中國科學院地質研究所和中國科學院古生物研究所)、一局(礦產地質勘探局)。同年9月,谷德振在結束北滿地質礦產調查工作回到南京后,他和戴廣秀被借調到中國地質工作計劃指導委員會(當時全國地質工作的統一領導機構)工作。1952年9月1日中央人民政府地質部成立,中國地質工作計劃指導委員會隨即撤銷,谷德振轉入地質部水文地質工程地質局。

淮河發源于河南省桐柏山,由于黃河多次奪淮,長期受黃河泛濫淤積,水系紊亂,河溝淤阻,宣泄不暢。加上降雨時空分布很不均勻,域內洪澇災害頻發,沿淮人民苦不堪言。1950年,中央人民政府決定治理淮河。1951年毛澤東主席發出了“一定要把淮河修好”的偉大號召。1951年春,谷德振急國家所急,毅然投身于當時在中國正處初創時期,力量尚為薄弱的工程地質研究中。他“第一次身負重擔走上了自己從未走過的路,困難是很多的,要學的知識也很多,但又沒有時間,沒有資料,只好向大自然學習,起早貪黑翻山越嶺,調查庫內外地質”。


20世紀50年代谷先生在治淮工程做野外調查

1951~1953年期間,谷德振全身心地投入到轟轟烈烈的治淮工程,他帶領戴廣秀、夏其發、農開清、何鑒榮、張鑒模等人組成的地質部淮河工程地質隊完成了佛子嶺、響洪甸、梅山、磨子潭、南灣、薄山、白沙、出山店等10個水庫及其大壩的工程地質勘查,根據地質條件和工程設計的技術要求,進行工程地質評價,為壩區、壩址、壩線的選擇和水工設計、基礎處理都提供了可靠的依據,并起了關鍵性的作用。他們編寫了11份勘查報告,發表了3篇科學論文,其中“大別山的東北角”發表于1951年《科學通報》第2卷第12期;“淮河流域的地質構造”發表于1954年《科學通報》第4期;“淮河上游東西向構造線對水工建筑物的影響”發表于1954年《地質知識》第6期。



治淮工程的實踐證實了“根據具體地質現象,應用地質力學理論所做的推測工作,是符合工程需要的,布置的勘探工作,大體上是適宜的;所提出的基礎處理意見,也是能切合實際的”。他們的工作深受治淮工程指揮部的領導和設計工程師們的肯定與支持。

1955年6~7月,時為地質部水文地質工程地質局技術負責人的谷德振應淮委之約,懷著對治淮工程的眷戀,又到河南平頂山沙河上游的白龜山水庫和昭平臺水庫,以及汝河紫羅山水庫和灌河鲇魚山水庫、潢河龍山水庫等10多個水庫壩區開展工程地質調查。1956年秋,谷德振與戴廣秀完成“淮河流域規劃地質總論與工程地質分論”的編制,并組織中國科學院地質研究所陳墨香、王鈞、鄧孝等開展淮河中游峽山口壩區地質調查。此后,他又多次提供出山店、南灣、薄山等水庫相關工程地質問題的咨詢。

在淮河治理工程中,谷德振先生踏遍了淮河及其支流——淠河、潁河、臻頭河、獅河、史河、游河、沙河、汝河等大小8條河流兩岸,為近20座大中型水庫及其大壩的建成付出了辛勤的勞動。他的勞動,早已結出勝利之果,一座座水庫沿河而出,總庫量達到上百億立方米,有效地控制著洪水,上億畝的農田不再受洪水的淹沒,可灌溉的耕地由0.12億畝增長到1.1億畝,初步形成了以京杭運河與淮河干流為骨干的江淮湖海相通的水運網。

長江第一橋——武漢長江大橋的選址

(1954-1955年)

“一橋飛架南北,天塹變通途”,這是人們對長江上建橋的美好愿望。1953年,在武漢1200米江面上建設八墩九孔鋼結構的長江大橋進入了技術設計的緊張階段,不但需要精良的技術條件,還需要安全可靠的橋基。為了能夠及時提供可靠的技術設計所需要的水文地質工程地質資料,地質部水文地質工程地質局又組織由谷德振、農開清、何鑒榮、張治平、李梅玲等人組成的隊伍,參與這項宏偉的工程建設。


1954年武漢長江大橋勘查時與地質隊員們合影(前排左4為谷德振,左3為蘇聯專家)

1954年春,谷德振受命負責武漢長江大橋地質勘測工作,任地質部武漢長江大橋地質隊隊長。當他凝視波濤洶涌的江面,梳理到工地后所看到的江底資料和巖芯,發現與岸上地層無法比對,鉆孔所獲得巖芯都是石灰巖,從何處來?一連串的疑問,使他感覺到沒有搞清楚地質背景,缺乏區域地質基礎的支撐。他果斷決定,暫停水上鉆探,鉆機上岸打地質斷面。他請農開清、李梅玲等人負責鉆探,在岸上打幾個剖面,自己和幾位同志跑區域地質。原先鉆孔揭示出的河槽中的石灰巖,在兩岸都沒有出露,弄不清其來源,于是區域組跑到距武漢上百公里遠處的大冶精細觀察與測量地層,先建立了區域的地層柱狀剖面,把地層搞清楚了,查清了武昌-漢陽地區的地質背景,原來是該區發育有以三疊系為中心的,近東西走向的,強烈向南倒轉的向斜構造。他們用所建立的大冶地層柱狀圖揭示的地層層序推測江底地層巖性,發現長江在武昌-漢陽地段是處在一個落差(距)很大的地塹,而且棲霞灰巖變薄也是斷層之故。

地層展布搞明白了,他們重新布鉆,其結果與大冶地層對比完全一樣,于是他們在分析制圖過程中,把覆蓋層剝去,橋渡區剝皮地質圖告成??瓷先ナ腔艘恍r間跑區域地質,但建立了地層柱狀圖,掌握了不同時代地層的巖性組合,工程地質問題也就明了了?;谶@個基本概念,勘探工程量大大減少。針對各橋渡線的不同地質條件布置水上鉆探工作,其結果證實了他們的推斷,作到了事半功倍。


武漢長江大橋橋址剖面圖

1954年夏天,遇上了長江特大洪水,而且持續時間長。谷德振、農開清和他們的同事們,面對的是水深流急、風浪狂襲的深水鉆探作業條件和緊迫的工期要求。為了獲得技術設計所需橋基巖層的工程地質條件、覆蓋層物理力學性質和基巖水文地質資料,他們拼裝了二組大型鉆探船,每船安裝5臺500型鉆機,以決戰的架勢苦戰天險。地質人員與水手、鉆工、測量人員密切配合,經歷了狂風暴雨、駭浪驚濤、酷暑、嚴寒的洗禮,終于高質量地完成了橋渡線比選的鉆探主體任務,為大橋選擇了最佳橋位,時任鐵道部大橋局局長的彭敏十分欽佩他們的工作。這一成就不能不使當時的蘇聯專家組長K.C.西林和馬舒柯夫等人交口稱贊。


武漢長江大橋橋渡線的水上鉆探

繼后,他們就建議的第五方案橋渡線的工程地質條件進行了縝密的研究分析,提出相應工程建議,并就7號橋墩破碎炭質頁巖夾燧石層的基礎構筑方法進行研究。他們采用高壓射水沖擊的方法,將碎石渣沖出,再以重錘把樁打到基巖中十七八米,通過加載試驗,證明結果是可靠的,這一結果解決了7號橋墩基礎的構筑方法——高壓射水沖刷錘擊及引泥法的下沉鋼筋混凝土管樁。他們的橋渡線勘測結果,摸清了江底工程地質條件,催生了大橋工程局以K.C.西林為首的蘇聯專家組“大型管樁鉆孔法”,而7號橋墩基礎構筑方法的研究結果又使“大型管樁鉆孔法”遇到的難題得以解決。這樣,橋墩下部基礎改用新型管樁結構,替代了氣壓沉箱基礎,橋梁建筑最困難的環節——基礎工程被突破。

武漢長江大橋在1954~1955年技術設計過程中,橋渡區經過詳細勘測,開展了第五、六、七、八橋渡線方案的地質鉆探,解決了第五方案7號橋墩破碎的炭質頁巖夾燧石層的基礎構筑方法后,決定采用第五方案(橋渡線經左岸龜山南側越長江直赴右岸蛇山),并通過了武漢長江大橋橋渡線比選鑒定。1955年7月經中央人民政府審查批準,全橋施工歷時2年,經最后的技術鑒定,武漢長江大橋于1957年10月15日正式通車。

近兩年成功高效的工程實例再一次證明,谷德振先生所強調的,也是他一生所奉行的“基礎地質、野外調查是根本”,“區域地質背景不搞清楚,只搞橋基的勘探工作,是不能把問題弄清楚的”硬道理。深水鉆探、河槽剝皮地質圖編制以及協助設計并開創大型管樁鉆孔法等,都說明他對工程技術的把握與駕馭。最后同何鑒榮、農開清、張治平等完成“武漢長江大橋工程地質報告”,并分別于1956、1958年在《地質知識》、《科學紀錄》新輯和《水文地質工程地質》等刊物上發表了“武漢長江大橋工程地質勘探”、“武漢長江大橋工程地質”、“從工程地質條件談武漢長江大橋的基礎處理”等3篇論文。在武漢長江大橋工作期間,谷德振還受聘為鐵道部大橋局技術顧問委員會顧問。


武漢長江大橋勝利建成后,我國緊接著在南京、蕪湖、宜都等多處建橋,每座橋建設都盼望谷先生去定橋址線。谷先生于1958~1959年間指導中科院地質所許印官(后改名為許兵)、劉春有對南京長江大橋進行橋址工程地質研究,1959~1961年間指派中科院地質所高名修,進行宜昌-枝江間選橋工程地質研究。谷德振因南京長江大橋的成功建設,獲得了國家科技進步特等獎(集體)


長江流域規劃

(1955-1956年)

長江是我國最長的河流,擁有雅礱江、大渡河、岷江、嘉陵江、烏江、湘江、漢江、贛江等眾多的支流,其流域面積廣闊。1953年毛主席提出首先要編制長江流域規劃,為全面長期治理與利用長江及其資源打基礎。1955年中央決定全面開展長江流域綜合利用規劃的編制工作。


長江流域示意圖

地質工作是制定和實施江河綜合利用規劃不可或缺的基礎工作。離開流域范圍地質論證與評價研究,江河治理與利用規劃及工程布局都不可能合理。長江流域綜合利用規劃編制工作始于1955年,以后又根據不同時期的具體情況和要求進行了修訂。1955~1959年編制的“長江流域綜合利用規劃要點報告”有五大組成部分:①以防洪發電為主的綜合利用水利樞紐開發規劃,以三峽工程為主體,在長江干流和主要支流上興建70多座具有控制性的水利樞紐工程,總庫容量達2300×108m3,總裝機容量1.45108kW;②以防洪除澇為主的平原湖泊區綜合利用規劃;③以灌溉和水土保持為主的水利化規劃;④以航運為主的干流航道整治與南北運河規劃;⑤向相鄰流域引水的規劃。長江三峽工程和南水北調始終是長江流域綜合利用規劃的主要內容。

編制規劃所需的地質論證與評價工作任務十分艱巨。谷德振由于治淮工程中取得顯著實效與經驗積累,以及武漢長江大橋橋址地質難題破解的聲譽,時任長江流域規劃辦公室(簡稱長辦)主任的林一山慧眼識英雄,要請谷德振先生挑此重擔,1956年6月谷德振被聘為長江流域規劃辦公室副總工程師。此間,地質部成立了長江流域規劃地質組,由谷德振負責組織領導規劃的地質卷編寫工作,并具體主持地質總論及其附圖的編制。為配合規劃要點報告的編制,在當時地質資料和地質人員極其缺乏的情況下,動員了全國力量支援,其中包括中科院及下屬有關研究所、地質部、電力工業部及其下屬勘察單位,有關大專院校等。

地質卷共分四大篇:第一篇長江流域地質總論,第二篇長江干流水利樞紐及水庫工程地質,第三篇長江支流水利樞紐及水庫工程地質,第四篇長江流域內及其附近已建水利工程的工程地質條件。其中,第一篇總論由谷德振組織編寫,包含序言(谷德振、孫永玉)、流域自然特征及自然區劃(施雅風)、地層(谷德振、孫永玉)、地質史及古地理情況(谷德振、羅祥康)、大地構造(張文佑、黃振輝)、地震(李善邦)、水文地質(徐迺安、夏君嚴)、礦產(謝家榮、羅祥康)、工程地質分區(谷德振、張勇、李紹武、王福源)等8章;第二篇包括三峽樞紐、重慶樞紐和宜賓樞紐;第三篇包括贛江、漢江、湘江、資水、沅水、嘉陵江、岷江等幾條主要支流的流域地質概論及若干骨干梯級的地質條件;第四篇對流域內已建的幾個中小型水庫的工程地質條件概略介紹。

在地質卷編寫過程中,對流域宏觀地質條件,主要依靠已有的百萬分之一的地質圖及相關文字資料、各類地質文獻進行編制;對規劃梯級,有條件進行現場查勘的一般都進行實地查勘選址,沒條件的則從相關地區有關地質圖件和文獻中查閱;對于重點工程(近期開發工程),有條件開展地質勘測的都安排進行綜合性工程地質勘測,有的河段進行了全河段的綜合工程地質測繪。

1955年秋,谷德振組織的地質卷·地質總論及其附圖的編制工作開始了。他們盡最大可能搜集已有的地質資料,編制了長江流域地質研究程度圖、區域地層表位置示意圖、古地理圖、大地構造概略圖、水文地質分區圖、黑色、有色、特種、非金屬、煤田等礦產分布圖、工程地質分區示意圖等共18種圖件。第一篇按時于1956年12月完成。這些成果不僅滿足了當時流域規劃的需要,也為后來長江流域地質研究和水利水電開發奠定了重要的基礎。

作為流域范圍內地質論證與評價的綜合表達,和滿足梯級開發比較方案選擇的需求,在蘇聯專家阿卡林的建議與協作下,谷德振和李紹武、張勇、王福源等人又利用這些圖件資料,編制的支撐規劃的綜合性核心圖件——長江流域工程地質分區圖于1957年夏初步完成。為每個分區內的未來水電工程建設規劃提供了宏觀依據。


追夢三峽工程

(1956-1982年)

長江在重慶市的奉節縣至湖北省的宜昌市之間為峽谷段,由上游到下游分別有瞿塘峽、巫峽與西陵峽,故稱作三峽。1954年長江發生百年不遇的特大洪水,淹沒農田4775萬畝,淹房428萬間,淹死3.3萬多人,京廣鐵路停運100天,江漢平原與洞庭湖區損失慘重,中央提出了長江流域規劃編制與長江三峽水利工程建設的任務。谷德振在國家與人民受難時刻,再次接受了治理長江的任務,開始了新的工程地質生涯。

1955年8月,地質部部長李四光接見長江流域規劃辦公室和蘇聯專家組N.Β.波波夫一行,并主持座談長江三峽有關問題,座談會上李四光請侯德封(時任中國科學院地質研究所所長,1944年曾陪美國墾務局專家考察過三峽并參加三峽勘測隊工作)介紹了解放前三峽內曾選的各壩址地質勘測情況,請谷德振(時任地質部水文地質工程地質局技術負責人)介紹了長江流域的地質背景。從此谷先生開始考慮三峽工程地質勘查問題。

1956年初,谷德振與侯德封、袁復禮、李承三、張宗祜、張忠胤、任美鍔、馮景蘭等人組成的中國專家組與N.B.波波夫為首的蘇聯專家組共同組成中蘇地質專家鑒定委員會,對嘉陵江北碚、重慶長江干流貓兒峽和三峽工程規劃河段進行地質評估。


侯德封(前排左1)、袁復禮(前排右2)、谷德振(后排中)、張宗祜(后排左1)等與蘇聯專家合影

1956年夏,在中蘇地質專家鑒定委員會對長江中游相關水利樞紐區地質條件評估的基礎上,谷德振與侯德封撰寫了“中蘇地質專家對長江水利樞紐的工程地質報告”并上報,供領導決策參考。

1956年谷德振被地質部任命為三峽工程地質勘測隊(簡稱三峽隊)總工程師,開始挑起三峽工程地質勘查的重任,開始涉足區域地質與水文地質工程地質條件的調查、多個擬選壩址的工程地質勘查及庫區滲漏問題研究等一系列有關工作。在谷德振先生的指導下,三峽隊胡海濤(時任副總工程師)與李鄂榮等人建立了三峽地區地層層序,查清了地質構造,編制出湖北宜昌與四川重慶間的長江流域(三峽地區)1:5萬地質圖;籍傳懋等人查清了三峽區域水文地質基本特征,劉廣潤等查清了三峽區域工程地質條件;在此基礎上,胡海濤、劉廣潤、李鄂榮、趙運昌、蘇惠波等重點研究了位于黃陵背斜西部的花崗閃長巖巨大侵入體上的美人沱壩址的地質構造、風化殼、地下水基本特征與工程地質條件,郭希哲、盧耀如、朱學穩等重點研究了位于黃陵背斜東部碳酸鹽巖區內的南津關壩址的地質構造、喀斯特發育規律及其滲透性。該項研究大體上經歷了三年,研究成果于1959年由地質出版社正式出版了《水文地質工程地質論文集(2):三峽專集》。這項研究成果,為三峽水利工程建設奠定了基礎。


地質部三峽工程地質勘測隊1956-1958年研究成果

1958年4月,谷德振撰寫了“長江三峽水利樞紐工程地質問題”報告,就所暴露和爭議的問題,尤其是南津關、三斗坪兩個壩區比選進行了全面論述。在報告中,強調必須解決兩個核心問題:一是南津關喀斯特漏水;二是三斗坪火成巖裂隙性狀與風化程度對建筑物穩定性的影響以及建材問題。為搞清上述兩個基本問題研究,谷德振先生提出了十大專題,經侯德封所長批示,轉呈中科院張勁夫副院長。此文,對以后長江三峽樞紐工程的地質勘測工作起到了指導作用。

1958年6月,作為長江三峽水利樞紐地質組牽頭單位,中國科學院地質研究所主持召開了地質組首次協商會議。主要議題是協商有關專題的研究計劃。出席會議的有:地質研究所張文佑、谷德振、徐煜堅,地理研究所沈玉昌,地質部水文地質工程地質局張更生,地質部水文地質工程地質研究所胡海濤、戴廣秀、盧耀如,北京地質學院王大純、彭一民,北京大學王乃樑等。這次會議為即將召開的科研會議和深化長江三峽水利樞紐工程地質研究起到了促進作用。

繼后,中國科學院與水利電力部在武漢召開了長江三峽水利樞紐科學技術研究會議。邀請了全國各地科研單位和生產部門共82個單位的268人參加。會議圍繞兩個壩區問題進行了深入分析,確定了相關專題研究計劃。會后,向中央報送了“關于三峽水利樞紐科學技術研究會議的報告”。

1958年,長江流域規劃辦公室特別邀請蘇聯專家到三峽考察。這次考察中,中蘇兩國專家就壩區選南津關灰巖區還是選三斗坪結晶巖區問題上發生爭執。以谷德振為代表的中方專家們,多數認為南津關壩段的喀斯特發育特征較復雜,修壩的復雜性不堪設想,認為宜選三斗坪結晶巖區。然而,蘇聯專家們及少數國內專家傾向于選南津關灰巖區,有些專家還提出結晶巖區河床上存在深潭,說明有可能存在順河大斷裂,也有復雜的工程地質問題,建議打過江平硐探查,雙方各持己見。為了解決問題,考察后不久長江流域辦公室李廷緒副主任專門邀請中方專家谷德振、胡海濤、張咸恭、賈福海等圍繞著要不要打過江平硐的問題進行了研討。會上三峽工程地質勘測隊介紹了已打三對斜孔,探測江底地質,發現巖芯采取率多在90%以上。這說明巖體完整,沒有深大斷裂發育的跡象;也介紹了中國科學院地理研究所專門研究河谷地貌的沈玉昌教授專題研究結果,認為江底深槽是侵入在結晶巖體中的巖脈受水力侵蝕作用而產生的。谷德振等人再次認為中方的工程勘查是充分的,結論是有根據的,他帶頭表態,眾口同聲支持把壩區選在三斗坪結晶巖區,沒有必要打過江平硐,長辦接納了中國專家組的意見(20世紀80年代,中國地震局為順江的深大斷裂問題進行了大規模地震、重力與航磁等地球物理勘查,結果表明長江三斗坪結晶巖區,確無順江發育的大斷裂)。1958年底,長江流域規劃辦公室推薦選用三斗坪壩址方案。

1959年開始,集中力量對三斗坪壩址進行深入的工程地質勘查。國家科委成立了三峽科研領導小組,下設地質大組。谷德振先生作為長江流域規劃辦公室顧問和三峽區工作指揮部總工的身份主持了地質大組的工作,協調來自全國30多個生產、科研與教學單位的地質、地震、地貌與巖石力學方面的上百名地學工作者,開展深入的調查與研究。谷德振根據二年來他和胡海濤、劉廣潤領導的三峽隊,對三斗坪壩址的工作所獲,編寫了“從工程地質問題討論長江三峽水利樞紐”的論文,在當年于武漢召開的三峽工程地質科學討論會上發表。他從結晶巖區與沉積巖區二個壩址的地形地貌、地質構造(主要是斷裂及其破碎帶特性)、巖石物理力學特性、風化殼發育厚度、壩區巖體的滲透性及其工程布局等多方面進行了綜合對比分析,認為選用結晶巖區(美人沱或三斗坪)做壩址比碳酸鹽巖區(南津關)做壩址更為有利,尤其在壩基穩定性與防水庫滲漏等方面具有明顯的優勢,為選定三斗坪壩址進行了有力的論證。

1960年4月,谷德振參加了由水利電力部組織的中蘇專家踏勘三峽(其中水電系統的蘇聯專家有18人,國內有關單位專家百余人),研究壩址選擇。1960年9月,谷德振參與組織長江三峽水利樞紐科研地質大組會議。

1961年國家決定放緩三峽工程建設步伐。1963-1979年間重點進行地震地質條件與地震活動性的監測。在這個時期,谷德振結合葛洲壩工程建設研究了三峽地區的地震危險性問題。1971年分析了區域的歷史地震活動及其有關的斷裂,認為區域斷裂活動與地震活動對三峽工程不會構成大的威脅,基本烈度不會超過Ⅵ度。同時還注意到仙女山斷裂的近期(1959-1970)地震活動,認為沿該斷裂帶存在發生水庫誘發地震的問題。

在這個期間,三峽地區的工程地質勘查的重點之二是庫岸巖體穩定性問題,比較突出的問題是位于庫首區內的鏈子崖危巖體與新灘滑坡的危險性問題。西陵峽巖崩調查與防護工作被提到治理長江的議事日程,國務院于1969年3月指示湖北省要加強調查研究,積極采取防護措施。1970年3月,谷德振應國家科委邀請,詳細考察了二個地點的地形地貌、地層巖性、地質構造與地下水活動等條件后,大膽地提出新灘滑坡更為危險的論斷,并建議加強監測。1970年,湖北省巖崩調查處成立,協調落實國務院的指示,并組織開展監測預報工作,1980-1982年間新灘滑坡發生多次體積為幾千立方米的小滑坡,1985年6月發生體積達3000×104 m3的巨大滑坡。新灘鎮全毀,被推入長江,堵塞江面三分之一,激浪高達54m,涌浪波及上下游42km,使近60只船沉沒江中,造成10人死亡。所幸的是,由于長期監測并作出成功預報,新灘鎮居民及時撤離,全鎮1371人,無一傷亡。

1975年2月,谷德振、劉國昌、張咸恭、戴廣秀、羅國煜等人都參加了在三斗坪召開的太平溪壩址工程地質座談會。座談會期間,到壩區再次進行考察與討論。會議主要是對這一壩址進行評價,以便與三斗坪壩址進行比選。

1975年11月,谷德振帶領徐嘉謨參加了長江三峽水利樞紐三斗坪壩址工程地質座談會。期間,再次到壩區進行考察與討論。會議期間,他十分認真地聽取了長辦有關人員的情況介紹。會上,他作了多次發言,從區域地質構造、構造體系確定與結構面力學屬性、斷裂活動性、侵入體的巖石特征與風化巖分帶及其工程地質特性,再次論述了三斗坪壩址的優劣條件。同時,還對塌岸、壩基抗滑穩定性、裂隙分布規律以及地下建筑頂板安全厚度等的認識及下一步需要深化的工作也提出了建議。


1975年11月在三斗坪壩區聽取長辦技術人員介紹

(中間左2為谷德振,左3為劉國昌)

長江水利樞紐工程,雖放緩了建設步伐,但無論是黨中央與國務院,還是長江水利委員會,從來都沒有停止各項勘測與研究工作。1979年5月根據國務院的指示,召開了一次大型的三峽樞紐選壩會議。國務院派王任重副總理到會指導,水利電力部錢正英部長親自到會,由長辦主任林一山主持。會議的議題是決定選用三斗坪壩址還是選用太平溪壩址。會議從全國各地請來一大批規劃、地質、水工、航運、施工、防護、機電方面的一流專家,集思廣益,深入探討與科學論證。谷德振作為地質方面的“首席”專家出席了會議,出席會議的還有劉國昌、戴廣秀、劉廣潤、陳德基等專家,專家們從壩址工程地質條件進行了比選,決定選用太平溪壩址方案。會議期間,全體參會人員乘坐東方紅36號輪,冒著微風細雨,考察了現場。谷德振登上四樓甲板,扶欄眺望西陵峽兩岸峭崖絕壁,回想二十多年三峽工程勘查的歲月,思緒萬千,回想往事,他帶領著工程地質勘查人員,風餐露宿,披星戴月,爬山涉水,打鉆探,打平硐,今日終將有了結果,感到無比興奮與非常驕傲。他似乎已看到眼前聳立的三峽高壩。

1979年,三峽工程建設再次提到日程上來,谷德振格外高興,盡管年事已高,體弱多病,但仍積極參與太平溪和三斗坪的壩址對比論證會,對太平溪壩址的進一步勘查問題提出了一系列建議與意見。1981年11月還親自陪同國際工程地質協會名譽主席、世界著名的工程地質學家M.阿諾到三峽太平溪壩址查看,向世界宣傳宏偉的三峽工程及其工程地質勘查的成就。


谷德振(左3)陪同阿諾(左1)考察三峽大口徑鉆機(據陳德基)

谷德振自1956年開始到1981年間的二十六年間,記不清去過多少次三峽,涉足多少個山巒深谷,流過多少汗水。據谷德振生前回憶,參加重大科技論證會就不下10次。1981年1月葛洲壩工程的大江截流之后,谷德振登上正在加高的大壩上,面朝西,遙望太平溪,心中再次默默地吟詠毛主席的詩詞,決定為剛剛出生的孫子起名為“谷平湖”,對后代寄予深情。谷德振并沒能親眼看到三峽大壩建成,然而,谷德振的夢想終于成為現實。1992年4月第七屆全國人民代表大會第五次會議通過了“關于興建長江三峽工程的決議”,1994年12月正式開工,2003年6月正式下閘蓄水并不久開始第一臺機組發電,2009年全部竣工,中國人民終于建成了三峽大壩。

南水北調西線工程

(1959-1962年)

我國南方潮濕多雨,北方干燥少雨,水資源的分布極不均衡。1958年中央召開水利工作會議,提出“南水北調”的宏偉設想。這個規劃包括建設東、中、西三條引水線,把長江的水引到黃河、海河中來。東線工程由江蘇省揚州附近的長江干流提水,沿著京杭大運河通過逐級提水,跨越淮河、黃河引至海河(天津)。中線工程由漢江上的丹江口水庫東岸引水,穿長江與淮河水系的分水嶺(方城埡口),沿唐白河流域和黃淮海平原西部邊緣及京廣鐵路北上,自流到北京頤和園的昆明湖,再向東輸水到天津。西線工程由長江上游的通天河、雅礱江、大渡河筑壩抬高水位,用引水隧洞穿越長江與黃河兩大水系的分水嶺,引水至洮河并補給黃河。南水北調是我國解決西北與華北地區水資源短缺的戰略性工程,也是跨世紀工程。經過幾十年的努力,東線與中線工程已經完成。谷德振先生他們主要承擔的是西線工程勘查選線。

1959年2月中國科學院與水利電力部在北京召開了南水北調西線工程工作會議。3月中國科學院召開專項討論會,決定成立中國科學院西部地區南水北調綜合考察隊,由張文佑(時任中科院地質所副所長)任總隊長,谷德振任副總隊長兼工程地質分隊長。工程地質分隊主要由中國科學院的地質研究所(谷德振、許印官、高名修、劉春有、李興唐)、綜合考察委員會(封喜華、孔慶征等)、四川分院(朱靜倩)、地質部水文地質工程地質研究所(胡海濤、夏其發、籍傳懋等)、四川省水文地質工程地質大隊(何慶余)、北京地質學院(陳崇希等)、長春地質學院(賈輝等)、成都地質學院(王蘭生等)、南京大學(肖楠森、李生林等)、清華大學(任裕民)組成,另有中國科學院地理所、地球物理所、河北地理所、蘭州分院及北京大學、蘭州大學、西北大學、甘肅師范學院等單位也派人參加,共有近20個單位100余人。這是來自五湖四海,多專業的老、中、青相結合的隊伍,谷德振作為隊長挑起了團結協調,帶領勘查的責任。

這支勘查隊伍分三個分隊:第一分隊由谷德振親自帶隊,有許印官與劉春有等參加,負責勘查金沙江至雅礱江一線;第二分隊由肖楠森與夏其發帶領,有李興唐等參加,負責勘查雅礱江至大渡河一線;第三分隊由胡海濤與賈輝帶領,有高名修等參加,由大渡河干流跨夾金山、牛頭山至岷江上游,經甘肅臘子口至洮河,其路線與當年紅軍長征路經該區的路線大體一致。


南水北調西線勘查第一分隊出發前在成都的合影(劉春有提供)

(前排左二為谷德振,后排左二為劉春有,左三為許印官)

南水北調的西線工程原有三條引水河線方案:第一條為通(天河)—柴(達木)方案,第二條為玉(金沙江玉樹)—積(黃河沿的積石山)方案,第三條為怒(江)—定(西)或怒(江)—洮(河)方案。這次勘查的是第三條線,重點是怒—洮方案,長達千余公里。在這一條線路上進行了1:20萬的渠線綜合地質勘查。


南水北調西線工程怒—洮引水線示意圖(據勘查成果報告)

勘查區橫跨多個大地構造單元,各單元各有不同的地質發展史,其沉積建造與巖性巖相變化多端,構造運動、巖漿活動與變質作用十分強烈。長期的地質發展過程中,生成了錯綜復雜的地質現象與獨特的自然地理景觀,真可謂我國西部的地質博物館。該區又是前期地質工作十分薄弱的地區,幾乎是地質資料空白區。在這樣的地區進行勘查不得不從最基本的區域地質調查工作入手。

作為引水線工程的選線,不僅要弄清區域的地質條件,還要弄清區域的不良地質作用、新構造運動、地震活動、地下水活動等問題。谷德振帶領大家初步查清了區域內發育的崩塌、滑坡、碎屑流(瀉溜)、泥石流、喀斯特、水力沖刷、寒凍風化、冰蝕作用等的分布、規模、作用強度。

查清了區域地層、巖性、地質構造、不良地質作用之后,谷德振從區域缺乏水文地質資料與引水線工程的實際需求出發,與眾不同地以大地構造單元為基礎,參考巖性與自然地理條件,劃分出六個水文地質區。工程區域穩定性是谷德振工程地質生涯中始終關注的重要問題,特別關注第四紀以來新構造運動的差異性,重點研究第四紀以來差異性運動強烈的地區與歷史地震活躍的地區,為此組織了專題研究組進行專項研究。

在區域地質-水文地質調查的基礎上,對40余個壩段、60多個隧洞與近千公里長的底寬160m、水面寬200m、水深15-20m的引水渠進行了工程地質測繪,并依此提出了“高壩、大庫、長隧”的怒江—定西方案與怒江—洮河二種方案。無論是怒江—定西還是怒江—洮河方案,無疑都是舉世無雙的最宏偉的工程。

南水北調西線工程勘查,不僅提出了宏偉的工程方案,而且對每個高壩、隧洞與引水渠工程都逐個進行了工程地質條件的分析,分析工程場地地形地貌、地質構造、不良地質作用及地震與新構造運動的基礎上,給出工程地質評價。

整個勘查工作歷時3年(1959-1961年),從開頭堅持工作到收尾的僅有6人(中國科學院地質所與綜合考察委員會各3人),其中高級知識分子僅谷德振一人,其余均為20-30歲的青年人。3年的勘查,工作量之巨大是難以想象的,絕不是常人能夠承擔的;而工作條件的艱苦,工作環境的惡劣更是常人難以承受的。據參加該項勘選工作的胡海濤(1994)回憶,“沿途查勘,生活艱苦,每人穿一件老羊皮大衣,纏一雙綁腿,背一支步槍或馬槍,走到哪里住到那里,記得曾住過崖洞和僻野;每天吃玉米饃就咸菜,……”。谷德振總結該項工作時,曾用了“千辛萬苦”來描述當時的情景。

經過三年的努力,1962年按計劃完成了勘查任務,1963年提交了《中國西部地區南水北調引水河線工程地質特性》的勘查報告并于1965年由科學出版社出版。然而,由于該工程之宏偉與艱巨,至今還沒有實施。


南水北調西線勘查成果

水利水電工程地質總結

(1962-1963年)

新中國成立之后,隨著治淮工程的順利完成,開始大興水利工程之實踐,特別是1958年“大躍進”之后,全國各地中小型水利工程雨后春筍般地興建起來,對各地洪澇災害的防御、改善航運、工農業用水、發展養殖業與發電供電等方面起到了重要的作用。然而,在邊勘測、邊設計、邊施工的情況下,有些工程也出了問題。這些問題,引起水利電力部的高度重視,認為應該系統地查一查,到底存在哪些問題,而且經初步分析結果發現,出現的問題多與壩區和庫區的地質條件有關。因此,錢正英副部長邀谷德振商談,提出請他出面牽頭,搞一下水利水電工程地質總結。谷德振先生當場表示同意。于是,水利水電工程地質總結的工作正式啟動,并被列為國家科委的重點項目。

1962年初,召開了第一次工作會議。會議由錢正英副部長和谷德振先生組織,水利水電部水電總局勘測處十幾位同志與中國科學院地質研究所水文地質工程地質研究室有關同志等三十余人參加。會議決定由水電總局提供資料與辦公場地、條件等,由中科院地質所提供技術,雙方共同承擔此項任務;水電總局駱永發(勘測處地質組成員),地質所孫玉科(研究室副主任)為日常工作聯系人;雙方經協商制定了總結工作方案,提出了工作要求。

總結工作分四個階段進行。第一個階段是單項工程總結,由水利水電部長江流域規劃辦公室、黃河規劃委員會及部屬的八大勘測設計院同各基層水利水電工程單位共同對120多個單項工程按著統一的總結提綱進行剖析。谷德振對單項工程總結很重視,也大體上瀏覽了各份報告,在此基礎上,對第二階段的工作提出了具體的工作方案與工作要求。他首先提出篩選出30個典型工程實例,要求對這些實例做重點總結,其次要求分專題總結,再次提出各專題都要以李四光先生的《地質力學》為指導,用巖體結構與水文地質結構的觀點進行總結的要求。按著谷德振的要求,分了七個專題并制定了負責人。專題總結工作,約經歷一年,完成了專題報告的初稿。

第三個階段是現場調查與核實。谷德振是工程地質學家,一生都十分重視工程實踐,善于把理論與實踐相結合,他提出帶著總結報告的初稿到相關的各水庫進行進一步調查與核實,在基層召開有關人員的座談會征求意見,到各個病害工點去查看,做現場分析,七個專題共調查與核實66項典型工程?,F場調查與核實工作,進行了二、三個月。在此基礎上,各專題組回京后在整個項目總結組的大范圍內進行匯報與討論,在此基礎上完成了各專題總結報告。

第四個階段是再次征求部屬八大設計院與有關工程單位對總結報告的意見,大家對總結報告表示基本滿意與肯定,有20多位同志還提出了一些很好的具體修改與完善的意見。經過少量的修改與補充,1963年秋天終于完成了總結工作。由上可見,水利水電工程地質總結工作是系統的,深入的,廣泛吸收了工程單位的實踐經驗,充分發揮了專家們的智慧,所獲得的成果既突顯出科學性也具有較強的實用性。

總結報告完稿之后因為各種原因,該成果過了整整十年后以《水利水電工程地質》的書名由科學出版社出版發行。


《水利水電工程地質》一書

《水利水電工程地質》一書,涉及到我國中小型水利水電工程建設中遇到的主要問題,對各個問題從理論與實踐相結合的角度分析了產生問題的主要原因、評價的方法與防治的措施,具有很強的實用性。該書出版發行之后,深受水利水電部門的歡迎,對我國水利水電工程建設具有很大的影響?!端姽こ痰刭|》一書,是谷德振先生精心指導下完成的一部專著。在一定程度上,也是谷德振先生從治淮開始的十多年水利水電工程實踐的總結,但又不是一般的總結,是把地質力學理論與方法同水利水電工程實踐相結合的學術性很強的總結。這個總結中,谷德振提出了巖體結構控制巖體失穩的著名科學論點,是谷德振創立巖體工程地質力學的征途上邁出的,具有里程碑意義的第一步,把工程地質科學推向了新高度。

三條鐵路選線考察

(1965-1966年)

谷德振在1965~1966年間,主要精力集中在川漢、襄渝、成昆三條鐵路線的勘選、考察與病害工程的處理上。

川漢鐵路選線

1965年9月國家科委組織在京的有關人員到北京站參觀了川漢鐵路的選線模型(由鐵道部第四勘測設計院做了選線方案)之后即出發??边x隊以谷德振為首。勘選隊伍先到長沙,谷德振安排大家先到湖南省地質局查閱湘西地區的地質資料,初步了解區域的地層、構造等基本特征。然后經常德到大庸開始考察,行進的路程有水路與陸路之分,全線長約1000km。走陸路就是翻山越嶺,請人挑著行李與行軍床,一步一步地踏勘,很是辛苦。走水路,主要是沿著酉水與烏江而下,大家吃住在船上,到設計的站點與橋隧處下船,沿岸看露頭,做較為詳細的地質調查。這樣一步一個腳印,對每個工程場地都作深入細致的實地調查,做出工程地質評價。在野外連續工作了近二個月時間,在秀山作了短暫休整與初步總結,到11月集中在四川涪陵(現屬重慶市)做總結,先分組分工分章編寫,然后集體討論,最后由谷先生統稿。由于野外調查認真細致,掌握了大量第一手資料,總結報告的內容豐富,對問題的論述詳盡,結論與建議都較明確。


川漢鐵路考察途中留影(右1為谷德振,右2為戴廣秀,右3為張咸恭)

回京后,向國家科委、國家計委與鐵道部匯報,領導們對勘選工作表示肯定與滿意。然而,勘選結果表明,這條鐵路建設中可能遇到的工程地質問題很多,施工難度也很大,于是暫時放棄施工。

西南鐵路建設工程地質專家組

1964年毛主席發出“三線”建設的號召,西南地區開始了大規模鐵路建設??紤]到西南地區地質條件十分復雜,1966年國家科委決定成立西南鐵路工程地質專家組,由谷德振任專家組組長,成員有劉國昌(長春地質學院水文地質工程地質系主任)、戴廣秀(地質部水文地質工程地質局工程師)和張咸恭(北京地質學院工程地質教研室主任),另派石書嘉(國家科委七局秘書)配合。后來,中央為加快鐵路建設決定成立西南鐵路建設指揮部,由時任中共中央西南局第一書記的李井泉任指揮長,由鐵道部呂正操部長、鐵道兵郭維城司令員及劉建章、彭敏、張永勵、熊宇忠等省部級領導任副總指揮,下設工地指揮部、技術委員會和支援鐵路建設委員會等,谷德振任技術委員會專家組顧問。1966~1967年任專家組組長與顧問期間,一年四季一直奮戰在大西南的群山峽谷中,承擔了襄渝鐵路勘選與成昆鐵路施工考察。

襄渝鐵路選線

襄渝鐵路由湖北省襄陽開始,經陜西省到重慶市,為連接中原與西南的一條鐵路大動脈。國家科委專家組谷德振、劉國昌、張咸恭、戴廣秀和國家科委石書嘉同志一行5人,于1966年3月中旬由北京出發,經成都、重慶到達四川省的達縣(現達州市),由鐵道部第二勘測設計院孟文峰副總工程師陪同,聽取了工程意圖、地質簡況及存在的問題,然后到萬源縣。在先期到達并開展一段工作的孫玉科、李興唐、何宇彬等同志配合下,谷德振帶領的專家組于3月下旬至4月初對大巴山特長越嶺隧道區進行現場考察。20多千米的距離,整整踏勘了九天的時間,足見地質構造之復雜和他們工作之詳細。然后又用四天的時間,經窩壩、蒿壩等地返回萬源縣。谷德振一路做順手地質剖面,收集到大量的一手資料,初步構繪出大巴山隧道的地質剖面圖。由圖可見,褶皺斷裂十分發育,背斜與向斜相連,約20km長的地段發育有6個大背斜與7個大向斜,且多為緊密褶皺,甚至是倒轉的褶皺;發育有十幾條較大規模的斷裂;灰巖地層中喀斯特較發育,溶蝕洼地、落水洞隨處可見,多處還見到暗河的出口或進口。


大巴山特大隧道地質剖面圖

4月中旬返回重慶,乘飛機到達武漢,接受了國家科委副主任兼鐵道部副部長的彭敏交代的勘查線路的任務。4月21日谷德振帶領專家組開始踏勘線路。重點是踏勘襄陽至安康段,當時初選了二條方案,一條是經房縣、竹山、竹溪到平利的南線,另一條是沿漢江經老河口、白河到旬陽的北線方案。經過討論,決定先踏勘南線,經過勘查,專家們認為此方案不佳,區域穩定性到工程巖體穩定性均存在較大隱患,不僅施工難度很大,而且工程造價可能也會很高。北線的踏勘從安康開始,乘船沿漢江下行,大家覺得,雖有山體與邊坡穩定性問題,但規模都不大,多數較好處理,認為北線方案較南線好,建議鐵路走北線。最終,鐵路建設指揮部決定沿北線修路。

組織大巴山越嶺隧道方案的聯合攻關

大巴山越嶺隧道是襄渝鐵路的咽喉工程,是穿越漢水與嘉陵江二大水系分水嶺的深埋長隧道,長約20km,為當時國內外最長的鐵路隧道。該區山高谷深,地質構造復雜,喀斯特發育,地下水活躍。根據國家科委下達的任務,1966年伊始谷德振、孫玉科便著手組織以中科院地質所為主體與鐵三院共同聯合所內外力量組成地質攻堅戰斗組,開展襄渝鐵路大巴山越嶺隧道工程地質水文地質聯合攻關。3月初,谷德振先派中科院地質所孫玉科、李興唐、何宇彬等同志先行了解情況,全力組織隊伍開展工作,并準備帶國家科委專家組進行考察。3月下旬專家組到達萬源白沙后,谷德振在主持專家組工作的同時,又直接組織指導隧道區1:1000比例尺的地質測繪工作。

谷德振結束專家組工作后,便開始指揮聯合攻堅組的工作。當時在勘查區內,基本沒有公路,有的地方連山間小道都沒有,居民點也很少,在這種條件下進行野外作業,困難是不言而喻的,每天起早貪黑,每個小組請2-3位老鄉背行李與行軍床,早上出發前告訴老鄉晚上到某地宿營。谷德振也和年輕人一樣,穿草鞋與布襪,肩背地質包與資料,手拿地質錘,腰帶上前面掛一個羅盤,后面掛個干糧袋,天天如此,一天接一天連續奮戰。這次實踐,年輕的地質工作者從谷德振身上看到了老一代地質學家們的高尚品德與敬業精神。

1966年9月在萬源召開了大巴山隧道工程地質鑒定會。由鐵道部副部長彭敏主持,有谷德振、劉國昌、張咸恭、戴廣秀、孟文峰等專家參加。鑒定意見認為,前期的工程地質勘查工作做得很好,基本弄清了情況,但隧道涌水問題非常驚人,目前的排水技術難以滿足施工要求。大巴山特長隧道的大比例尺地質剖面做出來了,打了幾口深孔,不僅摸清了深部地層與構造,把儲水構造弄清楚了,而且還測得了主要含水層的水頭,查清了主要灰巖層中喀斯特溶洞的發育強度等等,為隧道施工設計提供了重要依據。

襄渝鐵路,1968年4月開始修建,1970年8月修到達縣,1979年12月全線通車,鐵路線總長度為859.3km。沿線兩岸山高谷深,水流湍急,懸巖峭壁,地勢險峻,地質復雜。全線橋梁716座,隧道405座,工程施工十分艱巨。然而,英雄的鐵道兵與英雄的鄂陜川人民,終于修通了連接中原與西南間的這條鐵路大動脈。

成昆鐵路考察

成昆鐵路始于四川省成都市(八里站),止于云南省的昆明市(昆明西站),全長1096km,是我國西南地區三線建設的重點工程。成昆鐵路主要穿梭于川西與滇東山區,山勢陡峭,奇峰林立,深澗密布,溝壑縱橫,地形和地質條件極為復雜,素有“地質博物館”之稱。這樣的地形地質條件,又有一系列不良地質作用,地下水活躍,喀斯特發育,滑坡與泥石流頻發,斷層帶破碎,含鹽地層與軟弱夾層隨處可見,流沙與涌水,巖爆與瓦斯,幾乎各種危害工程建設的因素都有發生。在這樣的條件下,要修通一條鐵路,談何容易。成昆鐵路建設歷經坎坷,幾上幾下。早在1958年7月動工,到1962年修成成都到青龍場后停工。1964年毛主席曾批示“成昆鐵路要快修”,國務院與中央軍委高度關注,直接由中共中央西南局直接指揮,當時是全國人民熱切期盼的工程。1964年8月復工,1966年建設進入高潮,有鐵道兵幾個師的官兵、鐵道部第二工程局及成都鐵路局、昆明鐵路局及來自川滇的民工等近三十六萬多人在全線施工。然而不少區段的施工出現了這樣那樣的問題,其中突出的是地質問題。

谷德振作為國家科委工程地質專家組組長與西南鐵路建設指揮部顧問,于1966年5月13日帶領劉國昌、張咸恭、戴廣秀等專家顧問組,在這一“危難”之際接受了現場考察的重任,由鐵道部第二勘測設計院李耀芳副總工程師陪同,全線“走”一回。

這次考察,與以往的川漢線與襄渝線勘查不同,施工已開始,要面對各處出現的各種各樣的問題,不僅要在現場分析,而且還要提出治理措施??疾旆譃楸薄⒛隙畏制谶M行,考察先從成都平原西緣的丘陵地帶開始,乘坐吉普車邊走邊看,專家組每到一處病害工點,先聽施工方介紹情況,后親自到工點查看與分析,在此基礎上寫出問題所在與處理意見,考察的工作十分繁忙,但也有序有效。

工程地質勘查的重要,還不僅僅是發現難題,解決難題,還可以“化險為夷”,典型實例是嘎里隧道(白石崖3號隧道)圍巖穩定問題的處理。該隧道位于穿過小相嶺的又一個地質復雜地段,隧道全長2340m,但竟要穿過1000m寬的斷層破碎帶,這讓施工人員犯了難,是改線還是邊探洞邊試驗邊施工,不管是哪一個方案都要花費大量時間與投資。怎么辦?鐵路建設指揮部還是請谷德振先生到現場拿主意。谷先生到了現場仔仔細細做了野外調查,發現斷層帶雖規模大很破碎,但巖體具有鑲崁結構,即破碎的巖塊一個咬著一個,具有一定的穩定性;另外,調查當地老鄉們1958年開挖的幾個避雨洞,雖也挖在該斷層破碎帶中,但十余年過去了仍然安然無恙,于是谷先生提出建議不必改線,只需施工時注意,采用小炮或不放炮的施工方法,不破壞原有的圍巖結構即可確保圍巖穩定性。成昆線上的又一個攔路虎被擊倒,成昆鐵路順利通過了又一個復雜地段。成昆鐵路北段工程的考察,整整用了半個月的時間,5月底到達西昌,進行階段總結與休整。

期間,顧問組被水利電力部邀請到雅礱江上的錦屏水電站工作了十多天。6月19日由西昌出發,接著對成昆鐵路南段進行考察。在南段考察,泥石流是一個十分突出的問題,還有含鹽地層問題,第四系卵礫石層中開挖隧道的問題等等,多涉及到區域穩定性及隧道圍巖、站場邊坡、大橋橋基穩定性問題,顧問組一一作了現場調查與分析,提出了應做進一步補充勘查與研究的問題及應采取的工程處理措施等,有些復雜工程還專門寫出了書面意見與建議。7月3日到達昆明,進行總結。

成昆鐵路,在黨中央與國務院及西南鐵路建設指揮部的領導下,經幾十萬修路大軍六年多的艱苦奮戰,終于在1970年7月1日正式通車。全線修筑了991座橋梁,427座隧道,橋隧總長433.7km,占線路總長度的40%;共設122個車站,42個車站修在隧道內或橋梁上;不僅穿過了高溫區、大風區、常年積雪區,而且有500km長的線路通過了地震基本烈度Ⅷ~Ⅸ度區;戰勝了大型塌方與圍巖變形及巨大的隧道涌水、強烈的河流沖刷、山崩滑坡、泥石流、溶洞、暗河、流沙、瓦斯、巖爆等多種多樣的不良地質作用,創造了人類鐵路建設史上的奇跡。然而,教訓也是十分深刻的,西南鐵路建設指揮部的彭敏副總指揮聽了顧問組的匯報后說,“山區修路,工程地質太重要了”,“忽視地質帶來多少的麻煩與浪費”,“我們吃了多少的苦頭。我們由此得到了一條教訓,山區鐵路要地質選線!”谷德振先生聽了十分感動,但他還是謙虛地說:“其他方面的工作也很重要,還是提綜合選線,地質當先吧!”。

與谷德振共事多年的張咸恭教授曾經說過:“谷德振在工程地質界威望高,他的研究,他的結論,誠信度都很高,你們知道為什么嗎?就是因為他對工程安全的高度責任感和認真扎實的工作,他掌握了可靠的第一手資料!”這就是同行老專家對谷德振先生的崇敬與肺腹之言。

傾心學科發展,帶出一支科研勁旅

(1957-1966年)

1957年3月,中國科學院復函,同意中國科學院地質研究所成立水文地質工程地質研究室,由谷德振任研究室主任,谷德振正式調回中科院地質所主持研究室工作。1957年初具規模的研究室,一成立便開始了緊張的科研活動,主要成立了兩個研究隊:一是陳墨香為首的新疆隊,調查新疆地下水資源;二是以張壽越為首的西江隊,承擔西江流域規劃中的水文地質工程地質調查工作。此外還承擔開灤煤礦的水文地質條件調查、北京地鐵的水文工程地質研究、三門峽等水庫塌岸研究等任務。谷德振親自率領西江隊,帶著一批沒有外業經驗的大學生們,手把手地教,授業于實干之中。經過一年的努力,很好地完成了任務,不僅提交了西江流域地質報告與壩址工程地質簡報等兩份科學技術成果,而且培養了一支能夠獨立工作的隊伍。


1957年3月中國科學院復函地質研究所成立水文地質工程地質研究室


1957年中科院地質所沙灘舊址門前水文地質工程地質研究室部分人員合影(第二排左4為谷德振)


1957年谷先生在西江流域考察時野外午餐

1958年谷德振指導孫廣忠和孫玉科等開展引洮工程地質調查,指導張壽越和何宇彬等開展廣西地區喀斯特發育規律的研究。他還繼續長江三峽工程的地質勘查研究、南京長江大橋橋址工程地質研究等國家重大工程建設任務。

1958年在谷德振指導下,研究室開始組建土質土力學與巖石強度實驗室、水化學實驗室等。1959年谷德振親自帶領李興唐、高名修、許印官、劉春有等人參加中國西部南水北調引水河線工程地質勘查工作,連續在大西南的高山峽谷進行野外工作半年多。同年,研究室組建了三個學科組:工程地質組(組長孫玉科)、土質學組(組長孫廣忠)、水文地質組(組長陳墨香)。

1960年谷德振組織領導的西線南水北調的勘查、新疆地下水研究、廣西喀斯特研究、引洮工程勘查等國家重大項目進入收尾階段。而新的項目接踵而來,如長山列島的水文地質工程地質調查、北京郊區地下水利用規劃、黃河龍門壩區工程地質研究、新疆核試驗場的地質效應研究等等。此時,廣東新豐江連續發生水庫地震,谷先生帶領李興唐、高名修等人去現場開展水庫地震及其對大壩影響的研究。研究室又接受了從美國歸來的地下水動力學專家羅煥炎博士,專業研究人員多達40多人,成為地質研究所規模最大、人員素質最高的研究室之一。

1961-1963年國家面臨“三年經濟困難時期”,各行各業都執行“調整、鞏固、充實、提高”的方針,研究室進行了“三定”(定方向、定任務、定人員),輔助人員有些壓縮,但研究方向仍然明確,任務依然不少,承擔了新豐江壩基穩定性研究、柴達木盆地與長江三角洲地區地下水形成與分布規律研究、北京地鐵施工的排水疏干理論研究、黃土渠道邊坡穩定性研究、通惠南干渠滲漏研究等。與此同時,在原有的實驗室基礎上,結合承擔的任務,調整與建設了三個實驗室:工程地質實驗室、喀斯特實驗室和地下水動力學實驗室。

1963年之后,研究室迎來新的興旺。除了原有的各項研究繼續得到深化之外,谷德振受水利電力部錢正英部長的委托帶領孫玉科、王思敬、李興唐、何宇彬、高名修、梁少顏、蔡祖煌等開展“水利水電工程地質”(國家科委重點項目)總結。許印官和崔在東開展“南靖引水渠道工程地質評價”、石慧馨和牟會寵進行“上猶江、丹江口電站壩基軟弱夾層研究”、汪集旸進行“四川盆地深層地下水化學研究”等。這年最顯著的進步是研究室內的學術活動十分活躍,不僅相互交流研究成果,而且還開展讀書報告、研究設想等多種形式的學術活動。

1964-1965年研究室繼續發展壯大?!?2工程鹽堿危害與工程防治”、川漢、襄渝、成昆鐵路選線與考察、雅礱江錦屏水電站區域穩定與壩區工程地質條件研究、冀東鐵礦邊坡穩定性研究、黃淮海鹽堿地改良的水文地質條件研究等,多為國家重點與重要的科研項目。

僅僅十年的時間,在谷德振的親自組織指導下,中國科學院地質研究所水文地質工程地質研究室,從小到大,解決問題能力不斷增強,快速成長為國內水文地質工程地質學界重實踐、富創新、有影響的一支科研隊伍。在這支隊伍中谷德振于1980年當選中國科學院學部委員,1995年王思敬、汪集旸分別當選為中國工程院、中國科學院院士。

1966-1976年的文化大革命時期,特別是1966-1968年期間,研究室發展受到一定挫折。基于邢臺發生Ms7.3級地震,部分科研人員轉向地震地下水研究,不久工程地質與水文地質又分別建室。前者為工程地質與抗震研究室,繼續深化工程地質研究,期間開辟了金川鎳礦工程地質研究的新領域,在谷先生帶領下創立了巖體工程地質力學,把工程地質研究推向新的發展階段。后者轉向地熱資源的研究。

回顧谷德振領導研究室二十多年的歷程,到處都浸透著他的汗水,閃爍著他的智慧,展示出他的遠見卓識。他引領著這支隊伍走過了光輝的歷程。


谷德振(右1)與張光斗(左1)等考察河南林縣金牛山水庫壩址

1972~1976年間谷德振晝夜奔波于祖國的大江南北與崇山峻嶺。據不完全統計,深入40多個工程場地,參加十多次論證會,還進行大量的模擬試驗與觀察研究數以百計的顯微構造薄片。不斷地檢驗與豐富、完善巖體工程地質力學的原理與方法。


1987年谷先生及其同事開創和發展的成果獲得國家自然科學獎三等獎

1976年之后,工程地質研究室深化、拓展“巖體工程地質力學”的研究,繼往開來。受中國地質學會委托1979年組建了中國地質學會工程地質專業委員會。1985年工程地質力學研究實驗室,獲準納入中國科學院重點實驗室管理系列,面向國內外同行開放研究。1993年經國家科委批準,創辦了《工程地質學報》,推進了我國的工程地質學和研究力量的不斷前進與提高。


1993年《工程地質學報》創刊

金川礦山工程地質(1970年)

金川超大型硫化銅鎳礦床,是中國三大多金屬共生礦之一。以鎳為主,伴生有銅、鉑、鈷等18種有色金屬和稀有金屬。礦山位于河西走廊北緣之龍首山東段,含礦超基性巖體,沿北西向深大斷裂的次級構造,呈不規則巖墻狀侵入到太古界白家嘴組的混合巖和大理巖之間,長6.5km,寬20~530m不等,出露面積1.34km2,垂直縱深大于1100m。礦山分有五個礦區。金川礦區是與大慶油田同時立項的國家重點建設項目,20世紀60年代始建并投產。1969年6-9月,谷德振等人接受中國科學院下達的新疆生產建設兵團的專業調查任務,圍繞賽里木湖引水、天山西段找煤和邊防哨所找水需求,開展了歷時三個多月的野外地質調查。9月,孫玉科趕到賽里木湖,說明中國科學院下達金川(現甘肅省金昌市)886廠(今金川有色金屬公司)工程地質研究任務和金川邊坡巖體出現開裂情況,請他即赴金川。他和孫玉科與886廠相關人員一起考察了露天礦邊坡裂縫分布情況,根據地質結構,初步判斷失穩可能性不大,并對龍首礦和二礦區做了地質勘探與886廠負責人共同商議了金川礦山工程地質研究計劃。

1970年3~11月,谷德振和孫玉科、王思敬、許兵、崔在東、牟會寵、李毓瑞、黃鼎成、劉昇恒、楊志法、徐峰、曹陽等十多人,赴金川。先后與886廠以及井巷公司、祁連山地質6隊的同志們共同組成研究集體,開展金川礦山工程地質研究,歷時近8個月。從此,金川礦山成為這個研究室礦山工程地質研究基地。谷德振一行的金川礦山研究正值基建時期。當時,金川還是一個礦山小鎮,工作環境和生活條件還很差。1970年他們的主要任務有三:金川露天礦最終邊坡角、龍首礦崩落角和二礦區工程地質評價。



1970年谷先生在金川鎳礦考察礦區工程地質

谷德振不僅和大家一道在露天礦施工現場觀測邊坡地質結構,而且三次分別組織了三礦區大白泉溝、露天礦采場上盤小白泉溝、龍首礦泄洪洞溝3個橫穿礦區的地質剖面詳查。通過繼后近五個月詳細工作,取得了令人信服的成果。特別是通過對采場上下盤邊坡巖體結構分析、一區高邊坡的精細測量與變形機制分析、龍首礦崩落角以及安全系數計算等結果的綜合分析,所確定的50°-40°最終邊坡角為設計所采用,盡管隨后開采期間出過開裂與位移,但直到閉坑都沒有發生整體或規模較大的失穩。不僅節約了大量剝離量,而且加速了開采進度。


金川露天礦全貌

一位年近花甲的老科學家,為了工作,他長達8個月堅守在現場,以飽滿的熱情與執著的精神,忘我的工作著。他與年輕人一樣住在的露天礦筒子樓式的福利樓,四人共一室,早晚排隊買飯,中午帶干糧上山,沒有半點怨氣。在礦坑里看見工人搬材料,他還搭把手幫忙。他的行為在露天礦被傳為佳話,人們見他都愿意打招呼,問個好。爆破工胡師傅夸谷德振為“人民的好科學家”。8月份他和二礦區研究組的同志,為了進一步了解同一巖層的巖體結構在地表與地下性狀的差異,下井考察。他根據地表資料對某一中段井底車場施工現場,做出了可能出現塌方的推斷,同行的礦上同志告知作業班組,希望謹慎施工。不料第二天塌方事故果然發生了。得知消息后,谷德振和組里幾位同志立即下井,一邊觀察塌方現場,一邊搬運坑木,因為沒戴手套,他的手劃破了。工人師傅一再勸他,他還是堅持,后來怕因為自己而耽誤時間,他便一邊仔細觀察,一邊幫著出主意,直到塌方被制止。工人師傅們稱道:“谷科學家務實,不怕危險,想著我們工人”。第二天886廠廣播站播出了這條消息。

11月初,當他即將回京之前還向礦上建議:安排一下,組織這些年青人到別的礦山考察學習,爭取有更多的積累。這一建議得到礦領導的重視,于1970年底和1971年底分二次組織,對國內十多個礦山進行了考察。

谷德振1970年在金川成功地組織了一場礦山工程地質大會戰,取得了豐碩的成果。金川礦山工作,是一次對巖體結構與巖體結構決定巖體力學性質,制約工程巖體穩定性這一理論框架的全面實踐與提高的過程,是谷德振領導下工程地質學科發展的一次飛躍,確定了醞釀多年的巖體工程地質力學理論與方法的主旋律。

解決長江第一壩——葛洲壩的壩基軟弱夾層難題

葛洲壩水利樞紐位于湖北省宜昌市內的長江三峽末端西陵峽下游河段上。它是長江上第一座大型水電站,也是世界上最大的低水頭、大流量、徑流式水電站。1970年5月,為緩解華中地區工業用電的緊張局面,武漢軍區和湖北省革命委員會向中央建議修建葛洲壩工程。在研究了葛洲壩工程與三峽工程的關系和聽取不同意見后,中央于1970年12月批準興建葛洲壩工程,并指出這是有計劃、有步驟地為建設三峽工程做實戰準備。1971年5月開工興建。

1971年6~9月,谷德振應葛洲壩工程聯合設計團邀請,和商宏寬、楊志法等共赴葛洲壩工地。由于葛洲壩工程也是在“邊設計、邊施工、邊勘探”的“設計革命化”方針推擁下,其勘測設計尚未得到充分論證,便倉促開工。出于對工程安全的強烈責任感,谷德振憑著他20年的水電工程工作經驗,和15年來對長江三峽地質背景的把握,又一次果斷地決定自己與同事們一道,先要搞清楚壩基現場這一套白堊系下統紅色砂巖、礫巖和黏土巖互層的地層結構。他們利用自然剖面和壩基開挖揭露的斷面,逐層進行精細地測量、比對分析,建立了精確的紅層標準層序,并依此使鉆孔資料統一了層序。他又并鉆進大口徑鉆孔逐層仔細觀察黏土巖層的性狀,并通過已有鉆探和平硐試驗資料對軟弱夾層的分布和巖性進行分析,認為濱湖相沉積的巖相變化復雜,壩區范圍存在不同類型的軟弱夾層,其中泥化夾層對工程的穩定性影響最大。而這類夾層是發生過層間錯動的夾層,具有明顯的錯動面,可分出泥化帶、劈理帶和節理帶。層間錯動一方面擾動了巖層的原有結構,另一方面形成了水的通道,給泥化提供了良好的條件。因此,從黏土巖礦物成分、層間錯動和地下水活動三個方面進一步了解泥化夾層的分布規律和將來庫水位升高后的發展趨勢,是有幫助的。繼而,他們確定了2-3-6層頂部的灰色拜來石黏土層,和2-3-6層底部豬肝色蒙脫石黏土巖層為軟弱泥化夾層,并依此層的埋深繪制了等埋深線圖。

1971年9月初,“葛洲壩工程初步設計審查會議”在宜昌召開。中央有關部委領導和各方面專家出席會議。會議領導指定谷德振為審查會地質組組長。他主持了地質組的審查會。讓大家共同分析,也將自己的看法毫無保留地講了出來??梢哉f,那是一個成功的會議。他在會議總結階段綜合了與會專家的意見,就地震烈度問題、工程地質問題、基礎處理等三個方面做了全面系統的總結發言。會議秘書根據記錄整理出“葛洲壩工程初步設計審查會議地質組討論總結”報告,上交會議。諸多認識與建議為后來葛洲壩工程的順利進行打下了堅實基礎。

法國著名工程地質學家M·阿諾1981年考察葛洲壩時,驚奇地問:你們對軟弱夾層是如何發現的?你們是怎樣認識的?他說:“那么薄的層,你們卻搞得那么清楚,我感覺你們很了不起!我們法國的馬爾帕斯壩失事前,若也能發現壩基下面有1cm厚的泥化夾層就不會出現事故了”。



1981年冬陪來訪的國際工程地質協會主席阿諾考察葛洲壩壩區軟弱夾層

葛洲壩工程于1972年12月停工。補做初步設計,并將勘測設計的整體工作移交長江流域規劃辦公室負責。此后,谷德振即以專家身份兼長江流域規劃辦公室顧問(1973年受聘),常到施工現場視察與指導,參加葛洲壩工程勘測設計方面的一系列重大技術問題的論證。1973年底,谷德振出席在宜昌召開的葛洲壩船閘、電廠、泄水閘工程技術設計論證會,1974年10月葛洲壩工程復工。開挖出壩基,不久谷德振又去現場,特別關注軟弱夾層問題。從那時起,軟弱夾層問題,時時浮現在他的腦海中。

谷德振請工程地質研究室曲永新專門抓軟巖與軟弱夾層的研究,鼓勵他建立土質學實驗室,專門開展軟巖的礦物組成與微結構的試驗觀測。1973-1978年曲永新等承擔了“長期滲壓作用下長江葛洲壩工程軟弱夾層變化趨勢研究”任務,在谷德振指導下,他們還結合成昆鐵路、焦枝鐵路、襄渝鐵路的多個路塹邊坡、丹江引漢干渠、淮河中下游崗地上的切嶺渠道等許多大中型工程建設進行了軟巖工程地質研究,開辟了土體結構及其對工程穩定性影響問題研究的新領域。


修筑大壩時谷先生多次到現場視察(曲永新提供)

(左4為谷德振,左5為陳宗基,右3為曲永新)


1981年冬谷先生在葛洲壩水電工程地質討論會上(中排左2為谷德振)

在谷德振的推動下,我國軟巖與軟弱夾層問題的研究逐步得到深化。葛洲壩工程,由于解決了壩基中的軟弱夾層難題,順利地修筑了大壩。1980年1月4日,葛洲壩工程完成大江截流,工程勝利合龍。谷德振應邀出席了這一舉國盛典,興奮無比。1981年12月葛洲壩水利樞紐二江電站一、二號機組正式投產。1989年12月葛洲壩工程全部竣工,萬里長江上的第一壩建成,正常運營。

谷德振先生去世后,他與中科院地質所同事參與的“葛洲壩二、三江工程及其水電機組”項目獲得1987年國家科學技術進步獎特等獎(集體)。


創建巖體工程地質力學,撰寫一部經典著作

1972年春,以中國科學院地質研究所工程地質與抗震研究室署名,題為“巖體工程地質力學的原理和方法”論文,在中國最高等級的學術刊物《中國科學》1972年第一期刊出。


谷德振從20世紀40年代開始師從李四光先生,不斷學習地質力學,積極發展地質力學,把地質力學成功應用到工程實踐中。因此,巖體工程地質力學是地質研究與力學分析相結合,工程地質學與巖土力學相融合的產物。

論文的核心思想在于闡述:巖體結構是長期地質歷史的產物,只有用地質力學的觀點和方法,才能把復雜的巖體結構系統的形成過程搞清楚,正確理解他們的配套組合。巖體的力學屬性是巖體結構的力學表現。正確認識巖體結構,再加上相應的力學試驗,使我們對巖體作為工程建筑基礎的本質有了新的認識。在巖體結構分析及力學研究基礎上,建立巖體穩定性分析的方法。

“巖體工程地質力學的原理和方法”一文的發表,標志著以谷德振為首的研究群體,通過他們的長期實踐與廣泛協作創立的工程地質力學的理論與方法框架已形成,積極地推進了工程地質的科學實踐與學科發展。該文發表后,在我國工程地質界甚至工程設計與施工界引起了很大的反響,到處請谷德振講“巖體工程地質力學”,他更是深入工程現場進行進一步檢驗與完善。

在谷德振身邊工作的同事經常聽到谷德振最近又到那兒,解決了什么問題,十分仰慕。然而,不是所有人都有機會在谷德振身邊學習和工作。所以,更多的人希望谷德振能把他的經驗與認識問題、解決問題的理論與方法寫成書。這種希望構成了學界同行們的呼聲。科學出版社第三編輯室周文輔同志,通過對水文地質工程地質室幾部著作的編輯過程,深知谷德振所創立的工程地質力學的學術價值與工程意義,多次說服谷德振先生集中一段時間來寫書,讓更多人有學習機會。

谷德振終于下決心從1977年開始騰出時間寫書。大約經過2個多月的進一步梳理,谷德振于1977年春提出了編寫思路和編寫提綱,并與王思敬、許兵、黃鼎成等人進行了討論。著書思路與編寫提綱形成之后,也征求了部分同仁的意見。1977年4月開始了編寫工作,雖然他還是經常被邀請出去指導工作、解決工程地質難題,但集中精力工作了一年多的時間,渡過了最長的室內工作時期。研究室對此事特別關注,王思敬和許兵等7位同志安排時間協助谷德振的著書立說??茖W出版社責任編輯周文輔數次來所,及時幫助解決一系列具體的技術問題。通過一年多的努力,1978年10月底《巖體工程地質力學基礎》一書完稿,交付出版。在責任編輯周文輔全程跟蹤服務的幫助下,終于在1979年10月正式出版發行。


《巖體工程地質力學基礎》一書

本書共分為5篇:第一篇主要論述巖體結構形成的物質基礎;第二篇闡述巖體結構的地質力學分析;第三篇闡述巖體的水文地質結構;第四篇是本書的核心,闡述巖體結構的構成要素(結構面與結構體)、巖體結構特性、巖體結構類型、不同巖體的質量指標;第五篇是巖體穩定性分析的基礎與方法,闡述了巖體結構的觀點如何去分析工程區域的穩定性、山體穩定性、工程巖體穩定性的方法。

上述5篇中,最有創新內容的是第二、四、五篇,尤其是第二、四篇突出代表了谷德振的學術思想與科學創新。第二篇巖體結構的地質力學分析,以地質構造發展歷史分析為基礎,利用力學的理論方法,分析了構造體系的形成與演變。第四篇巖體結構部分以結構面與結構體的成因與次序及其自然特性的分析為基礎,建立了巖體結構類型,給出了各類巖體的質量指標。


構造體系形成的地質力學分析示意圖

《巖體工程地質力學基礎》出版發行后,受到各方面的好評,1982年獲“全國優秀科技圖書獎”?!稁r體工程地質力學基礎》于1983年5月第二次印刷,總印數達1萬3千多冊,其印數之多在科技專著類書籍中少有。自這部專著出版問世以來,巖體工程地質力學的理論與方法,為多部工程地質、巖體力學的高等學校教材所吸收。有關巖體結構分類為相關的國標、軍內和部頒規范所采納。

會戰二灘水電站

20世紀70年代世界各國的發展,多為能源危機所困擾。谷德振深知國家經濟要發展,能源是第一位。1979年,中國科學院能源研究委員...

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