中国水坝工程地质五十年
2003-9-30 来源：长江水利网
陈德基
内容摘要：本文是作者为《中国大坝50年》一书撰写的第五章全文的节要。文章通过对我国水坝工程地质发展五十年来的回顾，全面介绍了水坝建设工程地质勘察的主要经验和研究进展，以乌江渡、葛洲坝、龙羊峡、二滩、小浪底以及三峡工程等代表各个时期、不同类型地区水坝建设的典型范例，结合作者近五十年来从事水利水电建设的亲身经历和感受，概括总结了我国水坝工程地质勘察、研究等诸多方面的理论成果和实践经验，对工程地质理论及勘察技术的最新发展也作了全面介绍。
关键词：水坝工程地质 勘察技术 发展与进步
1 水坝工程地质发展回顾
50年前，中国没有专业的工程地质人员，少量简单的道路、桥涵、房屋等建筑设计中的地质问题，主要由土木工程师凭经验确定解决方案，有时也聘请少数地质师进行咨询。至于大坝建设的工程地质，由于没有建设什么现代意义上的水坝，也就谈不上相应的地质勘察与研究，大坝建设中的工程地质勘察几乎是一片空白。
新中国成立后，随着水坝建设事业的发展，水坝工程地质学也应运而生，并日益发展壮大，大致经历了三个时期：
1、50年代至60年代中期。这一时期中国建设了许多的水坝，主要集中在中国东部和中部地区。最著名的如淮河流域的梯级水坝，板桥、石漫滩、响洪甸、梅山、佛子岭等，黄河上的三门峡，浙江的新安江，资水的柘溪，广东新丰江，江西上犹江等。这一时期所建大坝的主要特点：（1）坝高不大，绝大多数都在100m以下；（2）坝型以砼重力坝和当地材料坝为主，对基础要求相对较低；（3）地质条件相对较简单，火成岩、变质岩坝基占多数，很少遇到诸如岩溶坝基，缓倾角含软弱夹层坝基，断裂构造复杂的坝基，高地震烈度区，以及人工高边坡和大跨度地下洞室等可能遇到的复杂地质问题。这一时期也有少数大坝因地质勘察工作深度不够或缺乏经验，开工后因地质条件复杂而被迫停工；也出现了诸如梅山水库右坝肩岩体过量位移，新丰江水库诱发地震，柘溪水库塘岩光滑坡等事故。这一时期是中国水坝工程地质锻炼队伍、累积经验、培养人才，为今后的发展奠定基础的重要阶段。60年代初，由中国科学院和水电部水电建设总局联合组织从事水坝工程地质勘察，并有一定经验的专业人员，以地质力学、岩体结构等理论为指导，对120多个水坝的工程地质勘察成果进行了整理分析，对其中30多个大、中型工程进行了现场调查，在此基础上系统地总结了建国以来
水坝建设工程地质的实践经验，并分专题从理论上做了概括和提高，编写出版了《水利水电工程地质》一书。该书以工程实例为基础，以经验总结为主要内容，具有一定的学术水平和很高的参考价值，是多年来水利水电工程地质工作者重要的参考书，也是对我国水坝工程地质第一阶段发展水平的总结。
2、60年代后期到80年代中期。这一时期，中国在一些地质条件复杂的地区，兴建了一批有代表性且规模很大的大坝，如在岩溶十分发育且构造复杂的乌江渡，兴建了我国第一座高达165m的岩溶坝基高坝；在各种地质条件均很复杂的青海龙羊峡建设了我国当时最高的重力拱坝——龙羊峡大坝；在白山水电站兴建了我国第一座大跨度地下厂房；在长江干流白垩纪红层上兴建了长江第一坝——葛洲坝水电站。上述工程建设及相应的工程地质勘察，全方位地为提高中国大坝建设的工程地质勘察与研究水平提供了条件。如乌江渡水电站的成功建设，从根本上克服了在岩溶地区兴建高坝的恐惧心理；葛洲坝大坝的建设，全面积累了研究坝基软弱夹层的经验；龙羊峡大坝在拱坝坝基稳定性分析及地质缺陷处理、近坝库岸滑坡危害性评价及监测技术、泄洪雨雾对下游岸坡稳定的影响等多方面，为大坝工程地质勘察提出了新问题，提供了新经验。为适应这些复杂地基地质勘察工作的需要，勘察新技术、新方法的研究在这一时期也取得了明显的进步。如：为适应软弱夹层研究而研制的φ=1000mm的大口径取芯钻机，φ=91mm的钻孔彩色电视，软弱夹层钻进和取样工艺，各类剪切带成因类型划分及相应力学参数的研究。这一时期列入国家“六·五”重点科技攻关项目的“复杂地基勘察技术研究”，是大坝建设工程地质勘察所取得的最重要的研究成果，对推动我国工程地质勘察技术和方法的进步起到了重要作用。
3、80年代后期至90年代，中国政府为进一步综合利用水资源和防治水害，相继决定兴建当今最引人瞩目的三个巨型水利水电工程，即雅砻江二滩工程、黄河小浪底工程和长江三峡工程。这三大工程具有以下共同点：1）无论从工程规模、综合效益和建筑物的复杂性都处于当今世界的前列；2）三个工程都有各自独特的复杂的工程地质问题，如二滩工程的区域构造稳定性，坝址区高地应力及大跨度地下厂房；小浪底工程近水平含软弱夹层地层中，大跨度、高密度地下洞室群开挖；三峡工程永久船闸深开挖高边坡及水库移民环境地质问题等。3）三个工程都经历了数十年的工程地质勘察与研究，有庞大的勘察工作量和丰富的勘察研究成果。二滩工程和小浪底工程已分别于1998年和1999年建成发电，三峡工程的施工，已跨过了受地质条件控制的关键阶段，前期勘测所做的主要结论都已得到检验。这三大工程的成功建设，标志着中国工程地质的实践经验和学术水平，已登上世界水坝建设工程地质研究的前沿。自1985年至1995年，国家在“七·五”、“八·五”、“九·五”重点科技攻关中，针对这三大工程的重大地质问题都列有专题进行研究。包括：区域构造稳定性评价和地震危险性分析；地震遥测台网建设及水库诱发地震研究；库岸滑坡的调查、稳定性分析计算、失稳判据研究、监测和预警系统；复杂地质条件下高重力坝及高拱坝坝基坝肩稳定性分析、地质概化模型及岩体力学参数取值原则与方法；人工开挖高边坡的稳定性评价、各种本构模型条件下的二维、三维计算、岩体时效变形效应；裂隙岩体渗流场及岩体水动力学；复杂地质条件下，如高地应力区、水平地层含软弱夹层地区大跨度地下洞室围岩稳定；大型不稳定块体的支护措施等。由于筑坝地区的迅速扩大，天然建筑材料愈来愈受到客观条件的限制，推动了各种新型天然建筑材料的研究。这一时期，为适应上述三大工程地质勘察与研究工作的需要，勘测新技术、新方法的引进、开发和
推广工作也得到飞速的发展。如遥感技术、弹性波CT技术的广泛应用，大型地质力学模型试验，计算机技术和各种工程勘测软件的迅速开发，新一代钻孔彩色电视，高边坡快速编录技术，岩体质量分级及检测，GPS和GIS的广泛应用等。上述大量的专题研究和新技术新方法的推广应用，不仅满足了二滩、小浪底、三峡三大工程复杂地质问题研究的需要，而且迅速将我国大坝工程地质勘察技术推进到了世界领先的前沿水平。
2 水坝建设工程地质勘察的主要内容及其研究进展
水坝建设的工程地质研究，理论上应涵盖所有与工程建设和运行相关的地区的工程地质和环境地质问题。在中国，习惯将地质勘察研究工作的内容分为四大部分，即区域构造稳定性评价及地震危险性分析；水库区工程地质及环境地质；坝址及枢纽建筑物工程地质与水文地质；天然建筑材料。从世界范围考察，各国对这四个问题所给予的重视程度和研究深度是不同的。但是在中国，由于特殊的社会经济和自然条件（人口众多、土地资源和水资源相对匮乏、多地震等）的制约，这四大问题中的任何一项都必须给予足够的重视，才能满足建坝的可行性论证和工程规划设计的需要，并确保工程施工和运行的安全。
2.1 区域构造稳定性及地震性危险评价
中国是一个多地震的国家，尤其是中国东部的太行山、燕山山前地震带，西部的青海、宁夏、新疆以及西南的广大地区，地震活动性强，区域构造稳定性及地震活动性评价在这些地区兴建水坝时是第一位的工作。有些大坝，如三峡工程、小浪底工程，虽然位于构造相对稳定，地震活动不强烈的地区，但由于工程的特殊重要性，对区域构造稳定性和地震活动性问题也给予了特殊的注意。区域构造稳定性和地震活动性的研究包括区域地质背景（区域地层、构造、地貌、地质发展史等），深部地球物理场特征，新构造运动的性质及强度，断裂展布特征及活动性，历史地震及现代测震资料的收集、核查和分析，地震本底情况研究，地震危险性分析及地震动参数确定等。
随着中国水坝建设的重点向西部转移，以及二滩工程、三峡工程和小浪底工程的建设，有关水坝建设区域构造稳定性和地震活动性的研究在中国取得了举世瞩目的成就。如二滩工程兴建在新构造和地震活动均很强烈的川滇南北向构造带上，中国的工程师和科学家通过深入的研究，弄清工程区周缘几条主要断裂的性状及其活动性，提出了相对稳定地块（安全岛）的概念，成功地解决了这个曾有过重大争论的问题。三峡工程在地震方面的安全性曾引起世界范围的关注，中国的专家学者通过30多年的潜心研究，作了许多卓有成效的工作，在许多方面堪称世界之首。如三峡工程专用地震监测台网，已有40余年的测震资料，在世界上是少有的。为深入认识三峡地区的大地构造环境和几条主要断裂的性质，采用人工地震测深的方法研究这一地区的地壳结构，各壳层界面特征，莫霍面的埋深及变化，几条主要断裂的切割深度及断距等，得到了极其宝贵的资料，从最基本的地壳结构及深部地球物理场条件澄清了许多有争论的重大问题。中国工程师根据三峡工程的实践，总结出“深部构造（深 部地球物理场）是背景，区域地质条件是基础，区域断裂构造是骨架，新构造运动是表征，近场断裂活动是核心，地震活动性是脉博，地震危险性分析是归宿”的研究思路和方法。
中国的新丰江水库1961年发生Ms6.1级水库地震，是世界上4个震级大于6.0级的水库地震之一，其后在中国大陆先后共有约20座水库发生过水库地震。中国政府及有关的生产、科研部门对此给予了高度重视，并投入了巨大的力量进行研究。中国对这一问题的研究是由地震学家和从事水坝建设的工程地质学家配合进行的。研究内容包括水库诱发地震震例分析；水库诱发地震成因分类；库区岸性条件，构造、新构造条件，水文地质条件及岩体渗透性（碳酸盐岩构成的水库还包括岩溶发育情况）；地应力状态；区域地震活动水平、地震本底情况（包括河水位变化情况下）的监测以及建立水库诱发地震预测模型等。上述研究内容及方法，在近十余年中国数座发生过典型水库诱发地震的工程中，进一步得到发展和系统的应用。
2.2 水库工程地质与环境地质
水库工程地质与环境地质问题的勘察研究是水坝建设中工程地质勘察不可或缺的重要内容。与国外的水坝建设相比，中国由于人口众多，水库区一般均有较多的移民搬迁和城镇迁建，加之土地资源相对匮乏，更增大了水库区工程地质与环境地质问题研究的重要性。水库区工程地质勘察研究的内容，因自然社会条件的不同而有所不同或侧重，主要有以下方面：库岸稳定性，主要是可能危及水坝安全的近坝库段的大型崩塌、滑坡、危岩体，以及可能影响水库正常运行和居民安全的大型滑坡；中西部山区泥石流对库区环境的影响也是一种常见的自然灾害；在特定地区，主要是中国北方平原地区，水库畜水引起的坍岸及浸没常是水库工程地质研究的重点；矿产资源受水库直接淹没或因地下水位抬高对矿产开采的影响，在兴建水坝决策论证时必须全面做出评价；在岩溶地区，水库的封闭条件，库水有无向邻谷或向下游渗漏的可能及其规模，是在这一类地区兴建水坝必须首先做出明确结论的问题；有些地区由于水库蓄水，水库周边一定范围内地下水渗流场（水位、水温、水质）发生的变化及对当地工农业生产和人民生活带来的影响（正面的或负面的）也应做出评价；由于安置水库移民而大量兴建新的城镇及相应的工业、交通、通讯和其它设施而引发的次生工程地质和环境地质问题，日益引起了中国政府的重视。近期兴建的小浪底、三峡工程，移民数量巨大，对这一问题的研究，不论从广度还是深度上是史无前例的。
由于兴建水坝对下游地区可能带来的工程地质和环境地质问题，也引起了广泛的注意。三峡工程兴建后清水下泄对下游河床的冲刷，坍岸加剧且会危及部分堤防的安全；水位变化对江汉平原土壤潜育化的影响；，长江与洞庭湖、鄱阳湖等大湖关系的变化，乃至对上海市和长江河口的可能影响，都进行了广泛深入的研究。
2.3 坝址工程地质与水文地质
坝址工程地质是水坝建设工程地质勘察的主体，主要涉及水坝、地下洞室和人工开挖边坡三大类型建筑物的工程地质问题的勘察与研究。
水坝坝基工程地质勘察的基本任务是确定坝基岩体可利用程度及范围，确定各种类型地质缺陷的位置、性状、范围和计算所需的其它各种地质边界，提供进行各种数值分析所需的岩体物理力学参数，确定地质缺陷处理的原则和方法。最近二十多年来，随着计算技术、试验和测试技术的不断进步，早期主要依靠工程地质学家凭经验评定建基岩体质量，确定坝基（肩）开挖深度的做法，已逐渐让位于通过建立岩体质量评
价体系进行定量分类，根据建筑物的工作条件确定可利用岩体的部位和利用岩面的位置。深层抗滑稳定问题的研究主要是确定滑动边界条件及选取合理的力学参数。三峡工程左岸厂坝1#~5#机组坝段由缓倾角结构面构成的深层抗滑稳定问题，通过特殊勘探解决了国际上尚未解决的难题，即块状岩体中闭合、不连续缓倾角结构面的位置、产状、规模、连通率及其构成的确定性滑移模式，使这一问题的研究有了突破性进展。龙羊峡重力拱坝坝肩地质条件复杂，坝肩深层抗滑稳定问题都十分突出，为此采用了混凝土阻滑键、传力槽、断层带物质部分置换及化学灌浆等复杂的基础处理措施。葛洲坝工程位于产状平缓多夹层的半坚硬岩石上，针对坝基抗滑稳定所做的地质勘察、岩石物理力学试验、稳定分析和基础处理措施，为中国在类似条件地区兴建水坝提供了完整的经验。
深开挖高边坡的稳定性及其支护措施的研究，也是坝址工程地质勘察中所遇到的最大量的工作，包括坝肩边坡、厂房边坡、地下开挖进出口边坡、下游消力池两侧边坡及船闸开挖边坡等，边坡的形态、工作条件及构成边坡的岩体条件也千差万别。统计数字表明，人工开挖高边坡带来的麻烦问题远高于水坝建设中其它岩土工程建筑物所遇到的问题，因此高边坡稳定性的勘察研究在中国愈来愈受到重视，并成功地解决了水坝建设中许多高边坡工程的工程地质和岩体力学问题。
水坝建设中的地下工程，包括导流、泄洪、引水、排沙、灌溉、交通洞及地下厂房等。由于受到地形条件的限制，中西部地区大坝建设中地下工程的类型和数量愈来愈多，规模也愈来愈大，条件也愈来愈复杂。中国自80年代中后期开始，兴建了众多的抽水蓄能电站和大型地下厂房。与边坡工程相似，水坝建设中的地下工程类型多，规模和运行条件各异，地质条件千差万别，从坚硬完整的花岗岩到岩溶发育的碳酸盐岩，至一经开挖遇水就膨胀塑流的泥岩、断层夹泥或蚀变岩；从水平地层到强烈挤压带，以至高地应力、高地热地区，因此也是水坝建设中工程地质勘察的重点对象。为上述地下工程所做的工程地质与岩体力学勘察研究，积累了丰富的经验，为迈向条件更复杂、规模更大的地下工程建设奠定了坚实的基础。
坝址地质勘察的其它内容，如：河床深层覆盖层，岩溶地区坝基防渗排水，高水头大流量泄洪下游冲刷坑等的勘察研究，都随着水电建设重点地区的西移而日益复杂。
2.4 天然建筑材料
天然建筑材料勘察是水坝地质勘察的一项重要工作。在中国早期的水坝建设中，由于坝的规模较小，水坝建设地点条件优越，天然砂砾石料、天然土料及各类天然石料资源丰富，天然建筑材料相对比较容易解决。近二十年来，随着环境和生态保护的要求日益严格，筑坝地区的不断向西部迁移，自然资源的限制等诸多因素的影响，天然砂砾石料和天然土料已愈来愈无法就地取材，满足需要，不得不转而研究新的料源和料种。混凝土骨料发展最快的是人工骨料。在中国，很多种类型的坚硬岩石，如花岗岩、玄武岩、各类碳酸盐岩、变质岩、砂岩等，都曾用作人工骨料，以碳酸盐岩人工骨料最多。；防渗土料已广泛使用砾石土、碎石土、风化残积土或其它混合料；高面板堆石坝的石料勘察也有别于过去常规堆石坝的要求。水坝建设中天然建筑材料勘察所表现出的巨大的社会和经济效益，以及部分工程由于天然建筑材料选择失误所带来的损失，日益引起勘察设计部门对天然建筑材料勘察工作的重视。早期曾在中国甚
为流行的一种做法，即地质工作将天然建筑材料放在次要地位的现象已逐步得到克服。
3 几个典型工程的地质研究简介
中国是一个水利水电资源蕴藏极为丰富的国家，大型水利枢纽和水坝建设从无到有，数量不断增多，取得了丰富而宝贵的成功经验，下面就我国各个时期、各种不同类型地区建成的几座成功范例的大坝作一简要介绍：
3.1 乌江渡水电站——开创我国石灰岩地区兴建高坝的先例
乌江渡水电站于乌江中游，是乌江流域规划中确定开发的第一期骨干电站，也是我国在岩溶地区兴建的第一座高坝。因此乌江渡大坝的建设曾引起国内大坝建筑界的广泛关注，大坝的成功建设也为中国在石灰岩地区兴建众多的大坝开创了先例，并积累了丰富的经验，其中包括：
1、石灰岩地区建坝，尽量选择坝址附近有可靠隔水层做防渗依托，成为在岩溶地区选择坝址的重要原则之一。
2、重视岩溶发育规律和演变历史的研究，特别是河流发育过程、断裂构造和岩体水动力条件对岩溶发育的影响。
3、在灰岩地区利用地下水等水位线图指导研究岩溶发育状况是一种有效的方法。
4、注意断层对隔水层隔水作用的破坏，是石灰岩地区大坝建设工程地质勘察时需认真注意的问题之一。
乌江渡大坝1979年建成，20年的运行证明大坝建设十分成功。该项工程于1985年获国家科技进步一等奖。由于有乌江渡大坝成功建设的经验，消除了早期人们在岩溶地区建坝的恐惧心理。兹后中国在石灰岩地区又成功地建设了一大批大型水电工程，如鲁布革、观音阁、隔河岩、东风、天生桥、万家寨等。
3.2 长江葛洲坝水利枢纽——软弱夹层研究的范例
长江葛洲坝水利枢纽位于长江三峡出口南津关下游2.3km，下距宜昌市2.0km，是兴建在长江干流上的第一座水坝。
坝基岩体中所含大量的软弱夹层，特别是泥化夹层及由此而引起的坝基抗滑稳定问题是工程建设的关键性技术问题之一。为此做了大量的技术探索和研究工作，主要方面有：
1、软弱夹层的勘察。为准确查清软弱（泥化）夹层的层位、分布范围、性状及厚度在空间的变化等技术难题，进行了大量的科学研究。软弱（泥化）夹层的成因和后期演变，夹层的类型划分，矿物、化学成分和结构、构造的分析研究，为后来众多工程的软弱（泥化）夹层的研究打下了基础。
2、夹层的物理力学性质研究。不仅为葛洲坝工程提供了重要的设计依据，也在不同程度上推动了我国岩石力学特别是软弱层带岩石力学特性研究工作的进展。
3、施工期地基岩体变形的监测。，不仅大大加深了对地基岩体工程地质特性的认识，而且对适时修改设计，调整施工方案，提出工程措施起到了极其重要的作用。
4、基础处理。由于地基岩体为软硬相间，多层面、多软弱夹层的复杂岩组，且是长江干流上的第一坝，因此，采取了极为慎重的综合基础处理措施。
工程建成后，经过20年的运行及各项监测资料反馈分析表明，葛洲坝工程运行期的各项指标均在设计控制范围以内，工程的安全是有保证的。工程的勘测、设计和施工，先后获国家科技进步特等奖等多项奖项。
3.3 龙羊峡水电站——复杂地质条件的典型工程
龙羊峡水电站位于黄河上游青海省境内的龙羊峡峡谷进口段，大坝为混凝土重力拱坝，最大坝高178m。在龙羊峡水电站众多的工程地质问题中，最突出的是两大问题：一是坝肩岩体的抗滑稳定和基础处理；另一个是近坝库岸岸坡的稳定性及滑坡涌浪危害性评价。
1、 坝肩岩体抗滑稳定及基础处理，主要包括：两岸坝肩几条陡、缓倾角的断层带设置混凝土抗滑键、传力洞（槽）塞，软弱破碎物质开挖置换，水泥、化学灌浆及复杂的防渗排水措施等。
2、近坝库岸的岸坡稳定及涌浪危害性研究
龙羊峡水电站的另一个突出工程地质问题是近坝库岸的岸坡稳定及其危害性评价。自坝前向上游长15.8km的河段内滑坡密布，约占库岸长度的80%以上。这些滑坡规模普遍较大，体积在数百万至上亿立方米之间。因此近坝库岸的岸坡稳定性及其在施工期、运行期的滑坡涌浪的危害性研究，成为龙羊峡工程的重大技术问题。
这一问题的研究主要包括三个方面的内容：1）滑坡的地质背景及形成过程研究；
2）滑坡涌浪危害性研究；3）滑坡监测及预报。
主要监测手段有三类：⒈）地质巡视；⒉）大地测量；⒊）仪埋定点观测。 通过多年的监测，取得了岸坡稳定性的重要资料，监测成果表明，滑坡不大可能产生高速滑动，引起巨大涌浪，所以将原限制运行水位低于设计蓄水位40m提高为5~8m。
3.4 二滩水电站——我国已建最高的双曲拱坝
二滩水电站位地长江上游金沙江的支流雅砻江下游，为雅砻江梯级开发的第一期工程。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高240m。针对区域构造稳定性、地震活动性、高地应力和坝基（肩）岩体力学特性所做的专门性勘察、试验与科学研究工作，在许多方面都积累了重要的经验，推动了我国工程地质相关学科的发展。
1、区域构造稳定性和地震活动性的研究
经过大量的调查，长期监测等深入细致的研究和对南北向构造带的分段剖析，对二滩水电站区域构造稳定性和地震活动性得出了明确的结论。二滩水电站的区域构造稳定性研究为我国在西部地震活动比较强烈的地区兴建高坝，积累了重要的经验。
2、关于高地应力及其对工程的影响评价
二滩水电站是我国最早系统研究地应力的工程。围绕坝区应力场及其对工程的影响进行了大量的专题研究。在钻孔和平硐中进行了大量的平面和三维地应力测量，求得坝区不同高程、不同地貌单元、不同建筑物部位的地应力值，再通过三维有限元回归分析，得出全坝区的地应力场，从而为评价地应力对建筑物设计、施工的影响提供了重要的基础资料。同时，对地应力对岩体工程性质的影响及合理利用地应力提供了宝贵经验。
3.5 小浪底工程——平缓含软弱夹层地区建坝的新经验
小浪底工程位于黄河中游最后一个峡谷出口处，大坝为粘土斜心墙堆石坝，最大坝高154m。由于受到地形、地质条件的限制，工程总体布置，建筑物型式的选择及施工都必须面对许多无法回避的矛盾，也会遇到不利的工程地质条件和复杂的工程地质问题。其中最具特色和借鉴价值是左岸单薄分水岭地下洞室群的围岩稳定及支护，以及泄水建筑物出口段边坡的稳定性问题。
1、地下洞室群围岩稳定及支护设计
由于受到地形、地质条件和水工建筑物结构型式的限制，小浪底工程导流、泄洪、排沙、灌溉、发电等水工建筑物全部采用地下洞室型式，并集中布置在左岸单薄分水岭地段。
由于洞岩集中布置带来的复杂应力状态、岩体中众多的泥化夹层、软硬岩体本身强度的较大差异以及高倾角裂隙切割使得围岩稳定分析及支护设计极为复杂。小浪底地下工程的勘测、设计及施工，为在软硬相间，岩性极不均一，含大量软弱（泥化）夹层，且产状平缓的岩体中开挖大跨度地下洞室群提供了完整的经验。
2、左岸泄水建筑物出口边坡稳定性及工程处理
岩性以细砂岩为主，次为粉砂岩和泥岩，并夹有众多软弱（泥化）夹层。岩层倾向下游（倾向泄水建筑物出口），因此存在出口边坡岩体沿泥化夹层或软弱层面产生较大面积平面滑动问题。上述边坡在施工期局部地段已发生不同程度的变形，表明边坡稳定问题的严重性。
在大量的勘察研究和多种方法的稳定分析计算的基础上，通过复杂的工程处理措施，泄水建筑物出口段边坡的稳定性得到了保证，监测成果表明，边坡未出现明显变形。
3.6 三峡工程——世界上最大的水电站
三峡工程是当今世界上规模最大的综合性水利枢纽。最大坝高181m，坝长
2309.5m，装机容量18200MW，水库总库容39.3×109m3。工程的地质勘察始于50年代中期，先后历时40年。
三峡工程的地质研究，采用了地面地质、遥感地质、深部地球物理勘探、钻探、硐井探、工程物探、专门性工程地质水文地质观测、测试与试验、岩（土）体物理力学性质试验研究、高精度形变测量、物理模拟、数值解析、先进的分析鉴定技术、专用地震监测台网等技术方法，围绕区域构造稳定和地震活动性、水库诱发地震、水库区工程地质与环境地质、坝址及建筑物工程地质与水文地质、天然建筑材料等与工程建设关系密切的重大地质问题进行研究。其中：区域构造稳定性和地震活动性方面，关于深部地球物理场和地壳结构的研究，主要断裂活动性的研究，现代地壳运动性质的研究，地震活动特征与地震危险性分析的研究等；水库诱发地震方面，关于库区深孔地应力的实测，小孔径台网强化观测，极近场地震动参数研究，库盆应力场和应变场的数值和物理模拟研究等；水库区工程地质与环境地质方面，关于库岸稳定性的综合研究，水库区移民选址的工程地质勘察，水库下游河道演变及环境影响；坝址区及建筑物主要工程地质条件的研究方面，关于风化壳工程地质特性的研究，断裂构造工程特性的研究，缓倾角结构面的工程地质研究，岩体卸荷带特征研究，大坝建基岩体结构及质量研究，深挖岩质高边坡稳定性研究，岩（土）体物理力学性质试验研究等；以及天然建筑材料的勘察的研究，都极具特色，取得了许多有价值的成果。
三峡工程的地质勘察研究时间跨度长达40年，经历了不同勘察阶段的多次反复和交叉，参与三峡工程重大地质地震问题研究的单位、部门和学者，都是国内相关科学研究的权威部门和专家，在一定程度上代表了我国当前工程地质，尤其是水坝工程地质勘察与研究的水平。
4 勘察技术的发展与进步
50年来，数十座高100m以上的大坝在中国的成功建设，提供了强大的动力和广阔的市场，促使广大的工程地质和相关学科的科技工作者，不断从理论到技术方法上追求勘察技术的创新和发展，从而使大坝工程地质勘察工作的水平得到了迅速的提高。
4.1 工程地质理论研究
几十年来，许多中国工程地质学者，努力从理论上建立一种可以指导工程地质实践，有助于认识和把握工程地质条件的学说。这种理论研究有两种类型，一种是有一套比较完整的思想观点和理论体系，用以全面指导勘察工作的实践和在较广泛的范围内解释复杂的工程地质现象；另一种是仅从一个方面提出一些新的观点和研究方法，服务于特定的专题，主要集中在以下一些工程地质问题上，如：泥化夹层的成因演变及破坏机制的研究，高边坡失稳机制和破坏模式的研究，岩体结构及岩体质量分类研究，地下洞室围岩分类研究，裂隙三维网络模拟研究，岩溶河谷水动力类型分带及深部岩深研究，裂隙水动力学的理论研究等。上述诸多的理论研究中，谷德振教授创立
的“岩体结构控制论”，具有比较完整的学术观点和理论体系，得到了广泛的应用。
中国的工程地质学者在谷德振教授所创立的理论基础上，通过大量的工程实践，发展和完善了岩体结构控制的理论。并在工作中形成了一套较完整的流程（图4.1）。
4.2 遥感技术
遥感技术应用于中国的大坝建设始于70年代后期。由于这一技术具有视域广阔、信息丰富、用途广泛等优点，在很短的时间内就在水利水电工程地质勘察工作中得到了广泛的应用。目前，中国的水坝地质勘察工作中，遥感技术已得到广泛的应用，主要用于：
1、中小比例尺地质填图
2、区域地质构造研究。
3、库岸稳定性及崩塌、滑坡、泥石流调查。
4、岩溶调查。
中国工程师们在充分应用航天航空遥感技术的同时，结合大坝建设的实际需要，注意开发低空大比例尺航空遥感和地面遥感技术，提供的影象真实、清淅、信息丰富。
3 钻探技术
钻探仍是大坝工程地质勘察的主要手段。随着中国大坝建设的地基条件日趋复杂，许多特殊的地质问题，如软弱（泥化）夹层的层位确定及取样，砂卵石地层特别是巨砾、漂砾地层的钻进，砂砾石层取样，砂层取原状样，特硬地层如燧石层、石英砂岩地层的钻进，钻孔岩心定向等问题，依靠常规的钻探方法无法获得满意的资料。国外解决类似的特殊地层钻进问题，有的有成熟的设备机具，但价格很昂贵；有的则还没有可靠的方法加以解决。在国家“六·五”、“七·五”科技攻关中，中国的工程师本着为生产服务，自力更生的原则，为解决上述难题做了大量的研究工作，取得一批在实践中获得良好效果的成果，包括：大口径钻进技术，金刚石套钻取芯技术，金刚石钻具砂卵石层中钻进技术，液动阀式双作用冲击回转钻进设备，。各种类型的砂层和软土层钻进及取样技术等。此外，在绳索取心，破碎地层取芯技术等许多方面，都已达到了国际先进水平，缩小了和国外技术的差距。
4.4 工程地球物理勘探技术
在我国，水文地质工程地质物探与石油和金属物探相比，起步较晚，约在50年代后期才有一些流域机构和部直属勘测设计院建立专业物探队伍开展工程物探工作。在改革开放和科教兴国政策的强力推动下，各水利水电工程勘测单位基本上都建立了专业物探机构，并相继从国外引进了一批较先进的工程物探仪器，开展了新技术方法的应用研究。同时，中国的科技人员结合工作中遇到的大量实际问题，开展了多方面的
专题研究。如小口径钻孔彩色电视录像及图像处理系统的研究；浅层反射波法地震勘探及数据处理技术的研究；数字测井技术及全波列数字声波测井技术的研究；弹性波、电磁波层析成像技术（CT）研究；微伽重力仪在岩溶探测中的应用研究；瑞利面波勘探技术研究；最近又研制出一种新型的超磁致伸缩声波震源发身装置和坝基岩体质量快速检测系统。这些研究成果为推到我国工程物探的发展起到了重要作用。此外，近十余年来，对国外先进物探设备的引进、消化吸收、改进和扩展的研究也取得了很大的进展。
4.5 地质力学模型试验
地质力学模型是一种物理模拟研究方法，用于研究工程建筑结构和岩体结构的共同作用，定量或半定量地解决在工程荷载作用下建筑物和基岩的变形和稳定状态，及在超载作用下的破坏过程和破坏机制，以对建筑物的安全作出评价。 中国将大型地质力学模型试验用于大坝工程建设始于70年代后期，首先将其应用于葛洲坝工程二江泄水闸的抗滑稳定，其后在龙羊峡大坝的坝肩稳定，三峡工程永久船闸高边坡的开挖程序和变形状态，三峡工程左岸厂房坝段深层抗滑稳定性，小浪底工程地下厂房多裂隙层状介质岩体的稳定性评价，二滩水电站拱坝整体稳定和坝肩稳定，以及铜街子、构皮滩、小湾、隔河岩等工程，均进行了二维（平面）和三维的地质力学模型试验，为建筑物设计提供了极有价值的资料。
中国的工程地质工作者也采用地质力学模型研究许多自然地质现象的发生，发展过程和破坏机理。如葛洲坝坝基层间剪切带，铜街子大坝坝基地质结构的形成机现，龙滩、五强溪水电站的高边坡变形和破坏机制等，均取得了许多重要的成果。
4.6 计算机技术应用与工程地质数值分析
近十余年来，随着计算机技术的迅速发展，中国的工程地质科学，也以前所未有的速度迅速摆脱长期以定性评价为主要手段的局面，不断开拓工程地质数值分析的新领域。尤其是近20年来，中国大坝建设面临许多新的问题，如高双曲拱坝坝肩稳定性，高地应力区建筑物设计，高地震烈度区抗震设计，含众多软弱夹层及断层的坝基稳定性，大跨度地下洞室、高陡人工开挖边坡的岩体稳定等。在这些条件下，作为建筑物一部分的基础岩体，其应力状态十分复杂，采用传统的解析方法，是无法考虑诸如岩体的各向异性，非均质性，不连续性，时效变形及复杂边界条件等情况的。而这些问题的解决，只有在计算机技术迅速发展的基础上，以及应运而生的各种数值分析方法日益成熟的条件下，才有可能逐步得到解决。
中国水坝工程地质勘察计算机技术和数值分析方法的应用，大体可分为三个层次：
1、工程地质勘察原始数据的统计分析
这是目前计算机技术在广大勘察部门应用得最广泛的一个层次，它包括：原始资料和数据的统计、分类，各种分析试验成果的数值处理，各种工程地质条件的分类、分区、趋势分析和预测等。
2、工程地质问题数值分析
工程地质问题数值分析是数值分析方法在工程地质领域应用的核心，主要包括两种类型的问题：一是工程地质现象形成机制和演化过程的数值模拟；二是工程岩体的稳定性评价和预测。
复杂地质现象的数值模拟是用数值分析方法通过再现地质现象的形成和演变过程来揭示现象的内在规律。由于客观地质体不论其空间、时间尺度，还是物质条件和影响因素的复杂程度，都不是数值模拟所能准确再现的。因此，这种数值模拟方法的意义不在于具体成果的准确性，而在于规律探索，并预测其未来的发展趋势或失稳破坏的方式。由于数值分析方法不仅得到岩体变形（位移）和破坏的最终结果，而且可以获得工程岩体在外荷载作用下位移场、应力场的细部情况，可以在一定程度上模拟岩体的非均质性和各向异性，同时还可以通过对岩（土）体变形破坏规律和过程的模拟研究，评价岩体的稳定性现状并预测其未来的变化，因而不断发展和完善工程岩体稳定性的数值分析方法，是工程地质学今后发展的一个趋势。
然而，通过20多年的实践，中国的工程地质工作者也深刻意识到，由于工程岩体的特殊性和复杂性，完全依赖甚至主要依赖数值分析方法来解决大量的工程实践问题是不可取的。首先地质体是在漫长的地质历史时期形成的复杂体系，同时地质体高度的各向异性和非均质性也是任何其它材料所不能比拟的。因此，理论的本构关系假定和必须简化的计算模型在解决这种问题时必然存在偏差，有时甚至表现得无能为力；同时人们对地质体的认识由于受到多种因素的限制，仍然有很大的局限性，因此，对与之相对应的数值分析方法自然不能期望过高；再者计算参数的选择在很大程度上决定了计算结果的可靠性，由于计算参数的不确定性，极大地限制了计算结果的准确性。
中国有经验的工程地质专家在应用数值分析方法时，很好地把握了以下几个原则：
（1）高度重视第一性资料的收集工作。任何工程地质数值分析的可靠性和准确性，很大程度上取决于对地质原型认识的正确性。
（2）建立合理的地质概化模型和力学模型。任何数值分析都必需对地质体原型条件做合理的抽取、归并和概化、使之能较好地概括地质体的基本特征和环境条件，既突出工程地质问题的主导因素，同时又具有数值分析的可能性。
（3）适时优化和完善计算条件和参数。任何一项水坝工程，特别是地质条件复杂的水坝工程的实施过程，都是一个不断加深认识和优化设计的动态过程。因此，要根据不断变化的地质情况，及时调整各种计算条件和参数，充分利用数值分析方法快捷、简便的优势，及时补充数据，修改和完善地质概化模型、力学模型和计算方法，使数值分析方法的优越性得到充分的发挥。
（4）重视并充分运用岩体原位测试和变形监测技术。近几年来岩体原位测试和变形监测技术日益普遍用在大坝建设的各种建筑物的设计、施工和运行中，这是当前勘测、设计施工信息化的重要组成部分。用反分析方法所确定的参数尽管其物理意义是模糊的，但用于优化设计则是可行的。因此反分析计算已成工程地质数值分析的一个
重要的新领域。
（5）正确估量数值分析成果的可靠性和应用条件。数值分析方法在解决复杂的工程岩体问题时，有很大的局限性。因此不能简单地将数值分析的成果应用于岩体工程的设计中。缪勒博士1988年最后一次考察三峡工程时，曾对数值分析方法作了评述，大意是：没有计算是不行的，计算成果可以给出量级和程度的概念。但依靠计算做设计是困难的，更不能代替地质学家的判断。这一段话说得十分精辟，值得在实践中不断探索和把握。
3、计算机辅助制图和工程地质数据库及仿真技术的应用
这是第三个层次的计算机技术应用。它虽然不直接回答各类工程地质问题的分析结论，但却是加快勘察工作进度，扩大勘察成果的应用领域，提高勘察成果的服务水平的重要途径，也是推动工程地质科学广泛接纳现代高科技的重要方面。
计算机制图技术在工程地质领域的应用在近十多年来才得到重视和发展，目前基本地质图件均已实现计算机制图，包括柱状图、剖面图、各类地质结构面的统计图、各种展视图及地质平面图等。但复杂的地质平面图和三维地质模型成图的水平仍较低，目前还没有一套适用于水利水电工程地质勘察并解诸多复杂图形的大型软件系统。
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中国水坝工程地质五十年
2003-9-30 来源：长江水利网
陈德基
内容摘要：本文是作者为《中国大坝50年》一书撰写的第五章全文的节要。文章通过对我国水坝工程地质发展五十年来的回顾，全面介绍了水坝建设工程地质勘察的主要经验和研究进展，以乌江渡、葛洲坝、龙羊峡、二滩、小浪底以及三峡工程等代表各个时期、不同类型地区水坝建设的典型范例，结合作者近五十年来从事水利水电建设的亲身经历和感受，概括总结了我国水坝工程地质勘察、研究等诸多方面的理论成果和实践经验，对工程地质理论及勘察技术的最新发展也作了全面介绍。
关键词：水坝工程地质 勘察技术 发展与进步
1 水坝工程地质发展回顾
50年前，中国没有专业的工程地质人员，少量简单的道路、桥涵、房屋等建筑设计中的地质问题，主要由土木工程师凭经验确定解决方案，有时也聘请少数地质师进行咨询。至于大坝建设的工程地质，由于没有建设什么现代意义上的水坝，也就谈不上相应的地质勘察与研究，大坝建设中的工程地质勘察几乎是一片空白。
新中国成立后，随着水坝建设事业的发展，水坝工程地质学也应运而生，并日益发展壮大，大致经历了三个时期：
1、50年代至60年代中期。这一时期中国建设了许多的水坝，主要集中在中国东部和中部地区。最著名的如淮河流域的梯级水坝，板桥、石漫滩、响洪甸、梅山、佛子岭等，黄河上的三门峡，浙江的新安江，资水的柘溪，广东新丰江，江西上犹江等。这一时期所建大坝的主要特点：（1）坝高不大，绝大多数都在100m以下；（2）坝型以砼重力坝和当地材料坝为主，对基础要求相对较低；（3）地质条件相对较简单，火成岩、变质岩坝基占多数，很少遇到诸如岩溶坝基，缓倾角含软弱夹层坝基，断裂构造复杂的坝基，高地震烈度区，以及人工高边坡和大跨度地下洞室等可能遇到的复杂地质问题。这一时期也有少数大坝因地质勘察工作深度不够或缺乏经验，开工后因地质条件复杂而被迫停工；也出现了诸如梅山水库右坝肩岩体过量位移，新丰江水库诱发地震，柘溪水库塘岩光滑坡等事故。这一时期是中国水坝工程地质锻炼队伍、累积经验、培养人才，为今后的发展奠定基础的重要阶段。60年代初，由中国科学院和水电部水电建设总局联合组织从事水坝工程地质勘察，并有一定经验的专业人员，以地质力学、岩体结构等理论为指导，对120多个水坝的工程地质勘察成果进行了整理分析，对其中30多个大、中型工程进行了现场调查，在此基础上系统地总结了建国以来
水坝建设工程地质的实践经验，并分专题从理论上做了概括和提高，编写出版了《水利水电工程地质》一书。该书以工程实例为基础，以经验总结为主要内容，具有一定的学术水平和很高的参考价值，是多年来水利水电工程地质工作者重要的参考书，也是对我国水坝工程地质第一阶段发展水平的总结。
2、60年代后期到80年代中期。这一时期，中国在一些地质条件复杂的地区，兴建了一批有代表性且规模很大的大坝，如在岩溶十分发育且构造复杂的乌江渡，兴建了我国第一座高达165m的岩溶坝基高坝；在各种地质条件均很复杂的青海龙羊峡建设了我国当时最高的重力拱坝——龙羊峡大坝；在白山水电站兴建了我国第一座大跨度地下厂房；在长江干流白垩纪红层上兴建了长江第一坝——葛洲坝水电站。上述工程建设及相应的工程地质勘察，全方位地为提高中国大坝建设的工程地质勘察与研究水平提供了条件。如乌江渡水电站的成功建设，从根本上克服了在岩溶地区兴建高坝的恐惧心理；葛洲坝大坝的建设，全面积累了研究坝基软弱夹层的经验；龙羊峡大坝在拱坝坝基稳定性分析及地质缺陷处理、近坝库岸滑坡危害性评价及监测技术、泄洪雨雾对下游岸坡稳定的影响等多方面，为大坝工程地质勘察提出了新问题，提供了新经验。为适应这些复杂地基地质勘察工作的需要，勘察新技术、新方法的研究在这一时期也取得了明显的进步。如：为适应软弱夹层研究而研制的φ=1000mm的大口径取芯钻机，φ=91mm的钻孔彩色电视，软弱夹层钻进和取样工艺，各类剪切带成因类型划分及相应力学参数的研究。这一时期列入国家“六·五”重点科技攻关项目的“复杂地基勘察技术研究”，是大坝建设工程地质勘察所取得的最重要的研究成果，对推动我国工程地质勘察技术和方法的进步起到了重要作用。
3、80年代后期至90年代，中国政府为进一步综合利用水资源和防治水害，相继决定兴建当今最引人瞩目的三个巨型水利水电工程，即雅砻江二滩工程、黄河小浪底工程和长江三峡工程。这三大工程具有以下共同点：1）无论从工程规模、综合效益和建筑物的复杂性都处于当今世界的前列；2）三个工程都有各自独特的复杂的工程地质问题，如二滩工程的区域构造稳定性，坝址区高地应力及大跨度地下厂房；小浪底工程近水平含软弱夹层地层中，大跨度、高密度地下洞室群开挖；三峡工程永久船闸深开挖高边坡及水库移民环境地质问题等。3）三个工程都经历了数十年的工程地质勘察与研究，有庞大的勘察工作量和丰富的勘察研究成果。二滩工程和小浪底工程已分别于1998年和1999年建成发电，三峡工程的施工，已跨过了受地质条件控制的关键阶段，前期勘测所做的主要结论都已得到检验。这三大工程的成功建设，标志着中国工程地质的实践经验和学术水平，已登上世界水坝建设工程地质研究的前沿。自1985年至1995年，国家在“七·五”、“八·五”、“九·五”重点科技攻关中，针对这三大工程的重大地质问题都列有专题进行研究。包括：区域构造稳定性评价和地震危险性分析；地震遥测台网建设及水库诱发地震研究；库岸滑坡的调查、稳定性分析计算、失稳判据研究、监测和预警系统；复杂地质条件下高重力坝及高拱坝坝基坝肩稳定性分析、地质概化模型及岩体力学参数取值原则与方法；人工开挖高边坡的稳定性评价、各种本构模型条件下的二维、三维计算、岩体时效变形效应；裂隙岩体渗流场及岩体水动力学；复杂地质条件下，如高地应力区、水平地层含软弱夹层地区大跨度地下洞室围岩稳定；大型不稳定块体的支护措施等。由于筑坝地区的迅速扩大，天然建筑材料愈来愈受到客观条件的限制，推动了各种新型天然建筑材料的研究。这一时期，为适应上述三大工程地质勘察与研究工作的需要，勘测新技术、新方法的引进、开发和
推广工作也得到飞速的发展。如遥感技术、弹性波CT技术的广泛应用，大型地质力学模型试验，计算机技术和各种工程勘测软件的迅速开发，新一代钻孔彩色电视，高边坡快速编录技术，岩体质量分级及检测，GPS和GIS的广泛应用等。上述大量的专题研究和新技术新方法的推广应用，不仅满足了二滩、小浪底、三峡三大工程复杂地质问题研究的需要，而且迅速将我国大坝工程地质勘察技术推进到了世界领先的前沿水平。
2 水坝建设工程地质勘察的主要内容及其研究进展
水坝建设的工程地质研究，理论上应涵盖所有与工程建设和运行相关的地区的工程地质和环境地质问题。在中国，习惯将地质勘察研究工作的内容分为四大部分，即区域构造稳定性评价及地震危险性分析；水库区工程地质及环境地质；坝址及枢纽建筑物工程地质与水文地质；天然建筑材料。从世界范围考察，各国对这四个问题所给予的重视程度和研究深度是不同的。但是在中国，由于特殊的社会经济和自然条件（人口众多、土地资源和水资源相对匮乏、多地震等）的制约，这四大问题中的任何一项都必须给予足够的重视，才能满足建坝的可行性论证和工程规划设计的需要，并确保工程施工和运行的安全。
2.1 区域构造稳定性及地震性危险评价
中国是一个多地震的国家，尤其是中国东部的太行山、燕山山前地震带，西部的青海、宁夏、新疆以及西南的广大地区，地震活动性强，区域构造稳定性及地震活动性评价在这些地区兴建水坝时是第一位的工作。有些大坝，如三峡工程、小浪底工程，虽然位于构造相对稳定，地震活动不强烈的地区，但由于工程的特殊重要性，对区域构造稳定性和地震活动性问题也给予了特殊的注意。区域构造稳定性和地震活动性的研究包括区域地质背景（区域地层、构造、地貌、地质发展史等），深部地球物理场特征，新构造运动的性质及强度，断裂展布特征及活动性，历史地震及现代测震资料的收集、核查和分析，地震本底情况研究，地震危险性分析及地震动参数确定等。
随着中国水坝建设的重点向西部转移，以及二滩工程、三峡工程和小浪底工程的建设，有关水坝建设区域构造稳定性和地震活动性的研究在中国取得了举世瞩目的成就。如二滩工程兴建在新构造和地震活动均很强烈的川滇南北向构造带上，中国的工程师和科学家通过深入的研究，弄清工程区周缘几条主要断裂的性状及其活动性，提出了相对稳定地块（安全岛）的概念，成功地解决了这个曾有过重大争论的问题。三峡工程在地震方面的安全性曾引起世界范围的关注，中国的专家学者通过30多年的潜心研究，作了许多卓有成效的工作，在许多方面堪称世界之首。如三峡工程专用地震监测台网，已有40余年的测震资料，在世界上是少有的。为深入认识三峡地区的大地构造环境和几条主要断裂的性质，采用人工地震测深的方法研究这一地区的地壳结构，各壳层界面特征，莫霍面的埋深及变化，几条主要断裂的切割深度及断距等，得到了极其宝贵的资料，从最基本的地壳结构及深部地球物理场条件澄清了许多有争论的重大问题。中国工程师根据三峡工程的实践，总结出“深部构造（深 部地球物理场）是背景，区域地质条件是基础，区域断裂构造是骨架，新构造运动是表征，近场断裂活动是核心，地震活动性是脉博，地震危险性分析是归宿”的研究思路和方法。
中国的新丰江水库1961年发生Ms6.1级水库地震，是世界上4个震级大于6.0级的水库地震之一，其后在中国大陆先后共有约20座水库发生过水库地震。中国政府及有关的生产、科研部门对此给予了高度重视，并投入了巨大的力量进行研究。中国对这一问题的研究是由地震学家和从事水坝建设的工程地质学家配合进行的。研究内容包括水库诱发地震震例分析；水库诱发地震成因分类；库区岸性条件，构造、新构造条件，水文地质条件及岩体渗透性（碳酸盐岩构成的水库还包括岩溶发育情况）；地应力状态；区域地震活动水平、地震本底情况（包括河水位变化情况下）的监测以及建立水库诱发地震预测模型等。上述研究内容及方法，在近十余年中国数座发生过典型水库诱发地震的工程中，进一步得到发展和系统的应用。
2.2 水库工程地质与环境地质
水库工程地质与环境地质问题的勘察研究是水坝建设中工程地质勘察不可或缺的重要内容。与国外的水坝建设相比，中国由于人口众多，水库区一般均有较多的移民搬迁和城镇迁建，加之土地资源相对匮乏，更增大了水库区工程地质与环境地质问题研究的重要性。水库区工程地质勘察研究的内容，因自然社会条件的不同而有所不同或侧重，主要有以下方面：库岸稳定性，主要是可能危及水坝安全的近坝库段的大型崩塌、滑坡、危岩体，以及可能影响水库正常运行和居民安全的大型滑坡；中西部山区泥石流对库区环境的影响也是一种常见的自然灾害；在特定地区，主要是中国北方平原地区，水库畜水引起的坍岸及浸没常是水库工程地质研究的重点；矿产资源受水库直接淹没或因地下水位抬高对矿产开采的影响，在兴建水坝决策论证时必须全面做出评价；在岩溶地区，水库的封闭条件，库水有无向邻谷或向下游渗漏的可能及其规模，是在这一类地区兴建水坝必须首先做出明确结论的问题；有些地区由于水库蓄水，水库周边一定范围内地下水渗流场（水位、水温、水质）发生的变化及对当地工农业生产和人民生活带来的影响（正面的或负面的）也应做出评价；由于安置水库移民而大量兴建新的城镇及相应的工业、交通、通讯和其它设施而引发的次生工程地质和环境地质问题，日益引起了中国政府的重视。近期兴建的小浪底、三峡工程，移民数量巨大，对这一问题的研究，不论从广度还是深度上是史无前例的。
由于兴建水坝对下游地区可能带来的工程地质和环境地质问题，也引起了广泛的注意。三峡工程兴建后清水下泄对下游河床的冲刷，坍岸加剧且会危及部分堤防的安全；水位变化对江汉平原土壤潜育化的影响；，长江与洞庭湖、鄱阳湖等大湖关系的变化，乃至对上海市和长江河口的可能影响，都进行了广泛深入的研究。
2.3 坝址工程地质与水文地质
坝址工程地质是水坝建设工程地质勘察的主体，主要涉及水坝、地下洞室和人工开挖边坡三大类型建筑物的工程地质问题的勘察与研究。
水坝坝基工程地质勘察的基本任务是确定坝基岩体可利用程度及范围，确定各种类型地质缺陷的位置、性状、范围和计算所需的其它各种地质边界，提供进行各种数值分析所需的岩体物理力学参数，确定地质缺陷处理的原则和方法。最近二十多年来，随着计算技术、试验和测试技术的不断进步，早期主要依靠工程地质学家凭经验评定建基岩体质量，确定坝基（肩）开挖深度的做法，已逐渐让位于通过建立岩体质量评
价体系进行定量分类，根据建筑物的工作条件确定可利用岩体的部位和利用岩面的位置。深层抗滑稳定问题的研究主要是确定滑动边界条件及选取合理的力学参数。三峡工程左岸厂坝1#~5#机组坝段由缓倾角结构面构成的深层抗滑稳定问题，通过特殊勘探解决了国际上尚未解决的难题，即块状岩体中闭合、不连续缓倾角结构面的位置、产状、规模、连通率及其构成的确定性滑移模式，使这一问题的研究有了突破性进展。龙羊峡重力拱坝坝肩地质条件复杂，坝肩深层抗滑稳定问题都十分突出，为此采用了混凝土阻滑键、传力槽、断层带物质部分置换及化学灌浆等复杂的基础处理措施。葛洲坝工程位于产状平缓多夹层的半坚硬岩石上，针对坝基抗滑稳定所做的地质勘察、岩石物理力学试验、稳定分析和基础处理措施，为中国在类似条件地区兴建水坝提供了完整的经验。
深开挖高边坡的稳定性及其支护措施的研究，也是坝址工程地质勘察中所遇到的最大量的工作，包括坝肩边坡、厂房边坡、地下开挖进出口边坡、下游消力池两侧边坡及船闸开挖边坡等，边坡的形态、工作条件及构成边坡的岩体条件也千差万别。统计数字表明，人工开挖高边坡带来的麻烦问题远高于水坝建设中其它岩土工程建筑物所遇到的问题，因此高边坡稳定性的勘察研究在中国愈来愈受到重视，并成功地解决了水坝建设中许多高边坡工程的工程地质和岩体力学问题。
水坝建设中的地下工程，包括导流、泄洪、引水、排沙、灌溉、交通洞及地下厂房等。由于受到地形条件的限制，中西部地区大坝建设中地下工程的类型和数量愈来愈多，规模也愈来愈大，条件也愈来愈复杂。中国自80年代中后期开始，兴建了众多的抽水蓄能电站和大型地下厂房。与边坡工程相似，水坝建设中的地下工程类型多，规模和运行条件各异，地质条件千差万别，从坚硬完整的花岗岩到岩溶发育的碳酸盐岩，至一经开挖遇水就膨胀塑流的泥岩、断层夹泥或蚀变岩；从水平地层到强烈挤压带，以至高地应力、高地热地区，因此也是水坝建设中工程地质勘察的重点对象。为上述地下工程所做的工程地质与岩体力学勘察研究，积累了丰富的经验，为迈向条件更复杂、规模更大的地下工程建设奠定了坚实的基础。
坝址地质勘察的其它内容，如：河床深层覆盖层，岩溶地区坝基防渗排水，高水头大流量泄洪下游冲刷坑等的勘察研究，都随着水电建设重点地区的西移而日益复杂。
2.4 天然建筑材料
天然建筑材料勘察是水坝地质勘察的一项重要工作。在中国早期的水坝建设中，由于坝的规模较小，水坝建设地点条件优越，天然砂砾石料、天然土料及各类天然石料资源丰富，天然建筑材料相对比较容易解决。近二十年来，随着环境和生态保护的要求日益严格，筑坝地区的不断向西部迁移，自然资源的限制等诸多因素的影响，天然砂砾石料和天然土料已愈来愈无法就地取材，满足需要，不得不转而研究新的料源和料种。混凝土骨料发展最快的是人工骨料。在中国，很多种类型的坚硬岩石，如花岗岩、玄武岩、各类碳酸盐岩、变质岩、砂岩等，都曾用作人工骨料，以碳酸盐岩人工骨料最多。；防渗土料已广泛使用砾石土、碎石土、风化残积土或其它混合料；高面板堆石坝的石料勘察也有别于过去常规堆石坝的要求。水坝建设中天然建筑材料勘察所表现出的巨大的社会和经济效益，以及部分工程由于天然建筑材料选择失误所带来的损失，日益引起勘察设计部门对天然建筑材料勘察工作的重视。早期曾在中国甚
为流行的一种做法，即地质工作将天然建筑材料放在次要地位的现象已逐步得到克服。
3 几个典型工程的地质研究简介
中国是一个水利水电资源蕴藏极为丰富的国家，大型水利枢纽和水坝建设从无到有，数量不断增多，取得了丰富而宝贵的成功经验，下面就我国各个时期、各种不同类型地区建成的几座成功范例的大坝作一简要介绍：
3.1 乌江渡水电站——开创我国石灰岩地区兴建高坝的先例
乌江渡水电站于乌江中游，是乌江流域规划中确定开发的第一期骨干电站，也是我国在岩溶地区兴建的第一座高坝。因此乌江渡大坝的建设曾引起国内大坝建筑界的广泛关注，大坝的成功建设也为中国在石灰岩地区兴建众多的大坝开创了先例，并积累了丰富的经验，其中包括：
1、石灰岩地区建坝，尽量选择坝址附近有可靠隔水层做防渗依托，成为在岩溶地区选择坝址的重要原则之一。
2、重视岩溶发育规律和演变历史的研究，特别是河流发育过程、断裂构造和岩体水动力条件对岩溶发育的影响。
3、在灰岩地区利用地下水等水位线图指导研究岩溶发育状况是一种有效的方法。
4、注意断层对隔水层隔水作用的破坏，是石灰岩地区大坝建设工程地质勘察时需认真注意的问题之一。
乌江渡大坝1979年建成，20年的运行证明大坝建设十分成功。该项工程于1985年获国家科技进步一等奖。由于有乌江渡大坝成功建设的经验，消除了早期人们在岩溶地区建坝的恐惧心理。兹后中国在石灰岩地区又成功地建设了一大批大型水电工程，如鲁布革、观音阁、隔河岩、东风、天生桥、万家寨等。
3.2 长江葛洲坝水利枢纽——软弱夹层研究的范例
长江葛洲坝水利枢纽位于长江三峡出口南津关下游2.3km，下距宜昌市2.0km，是兴建在长江干流上的第一座水坝。
坝基岩体中所含大量的软弱夹层，特别是泥化夹层及由此而引起的坝基抗滑稳定问题是工程建设的关键性技术问题之一。为此做了大量的技术探索和研究工作，主要方面有：
1、软弱夹层的勘察。为准确查清软弱（泥化）夹层的层位、分布范围、性状及厚度在空间的变化等技术难题，进行了大量的科学研究。软弱（泥化）夹层的成因和后期演变，夹层的类型划分，矿物、化学成分和结构、构造的分析研究，为后来众多工程的软弱（泥化）夹层的研究打下了基础。
2、夹层的物理力学性质研究。不仅为葛洲坝工程提供了重要的设计依据，也在不同程度上推动了我国岩石力学特别是软弱层带岩石力学特性研究工作的进展。
3、施工期地基岩体变形的监测。，不仅大大加深了对地基岩体工程地质特性的认识，而且对适时修改设计，调整施工方案，提出工程措施起到了极其重要的作用。
4、基础处理。由于地基岩体为软硬相间，多层面、多软弱夹层的复杂岩组，且是长江干流上的第一坝，因此，采取了极为慎重的综合基础处理措施。
工程建成后，经过20年的运行及各项监测资料反馈分析表明，葛洲坝工程运行期的各项指标均在设计控制范围以内，工程的安全是有保证的。工程的勘测、设计和施工，先后获国家科技进步特等奖等多项奖项。
3.3 龙羊峡水电站——复杂地质条件的典型工程
龙羊峡水电站位于黄河上游青海省境内的龙羊峡峡谷进口段，大坝为混凝土重力拱坝，最大坝高178m。在龙羊峡水电站众多的工程地质问题中，最突出的是两大问题：一是坝肩岩体的抗滑稳定和基础处理；另一个是近坝库岸岸坡的稳定性及滑坡涌浪危害性评价。
1、 坝肩岩体抗滑稳定及基础处理，主要包括：两岸坝肩几条陡、缓倾角的断层带设置混凝土抗滑键、传力洞（槽）塞，软弱破碎物质开挖置换，水泥、化学灌浆及复杂的防渗排水措施等。
2、近坝库岸的岸坡稳定及涌浪危害性研究
龙羊峡水电站的另一个突出工程地质问题是近坝库岸的岸坡稳定及其危害性评价。自坝前向上游长15.8km的河段内滑坡密布，约占库岸长度的80%以上。这些滑坡规模普遍较大，体积在数百万至上亿立方米之间。因此近坝库岸的岸坡稳定性及其在施工期、运行期的滑坡涌浪的危害性研究，成为龙羊峡工程的重大技术问题。
这一问题的研究主要包括三个方面的内容：1）滑坡的地质背景及形成过程研究；
2）滑坡涌浪危害性研究；3）滑坡监测及预报。
主要监测手段有三类：⒈）地质巡视；⒉）大地测量；⒊）仪埋定点观测。 通过多年的监测，取得了岸坡稳定性的重要资料，监测成果表明，滑坡不大可能产生高速滑动，引起巨大涌浪，所以将原限制运行水位低于设计蓄水位40m提高为5~8m。
3.4 二滩水电站——我国已建最高的双曲拱坝
二滩水电站位地长江上游金沙江的支流雅砻江下游，为雅砻江梯级开发的第一期工程。大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高240m。针对区域构造稳定性、地震活动性、高地应力和坝基（肩）岩体力学特性所做的专门性勘察、试验与科学研究工作，在许多方面都积累了重要的经验，推动了我国工程地质相关学科的发展。
1、区域构造稳定性和地震活动性的研究
经过大量的调查，长期监测等深入细致的研究和对南北向构造带的分段剖析，对二滩水电站区域构造稳定性和地震活动性得出了明确的结论。二滩水电站的区域构造稳定性研究为我国在西部地震活动比较强烈的地区兴建高坝，积累了重要的经验。
2、关于高地应力及其对工程的影响评价
二滩水电站是我国最早系统研究地应力的工程。围绕坝区应力场及其对工程的影响进行了大量的专题研究。在钻孔和平硐中进行了大量的平面和三维地应力测量，求得坝区不同高程、不同地貌单元、不同建筑物部位的地应力值，再通过三维有限元回归分析，得出全坝区的地应力场，从而为评价地应力对建筑物设计、施工的影响提供了重要的基础资料。同时，对地应力对岩体工程性质的影响及合理利用地应力提供了宝贵经验。
3.5 小浪底工程——平缓含软弱夹层地区建坝的新经验
小浪底工程位于黄河中游最后一个峡谷出口处，大坝为粘土斜心墙堆石坝，最大坝高154m。由于受到地形、地质条件的限制，工程总体布置，建筑物型式的选择及施工都必须面对许多无法回避的矛盾，也会遇到不利的工程地质条件和复杂的工程地质问题。其中最具特色和借鉴价值是左岸单薄分水岭地下洞室群的围岩稳定及支护，以及泄水建筑物出口段边坡的稳定性问题。
1、地下洞室群围岩稳定及支护设计
由于受到地形、地质条件和水工建筑物结构型式的限制，小浪底工程导流、泄洪、排沙、灌溉、发电等水工建筑物全部采用地下洞室型式，并集中布置在左岸单薄分水岭地段。
由于洞岩集中布置带来的复杂应力状态、岩体中众多的泥化夹层、软硬岩体本身强度的较大差异以及高倾角裂隙切割使得围岩稳定分析及支护设计极为复杂。小浪底地下工程的勘测、设计及施工，为在软硬相间，岩性极不均一，含大量软弱（泥化）夹层，且产状平缓的岩体中开挖大跨度地下洞室群提供了完整的经验。
2、左岸泄水建筑物出口边坡稳定性及工程处理
岩性以细砂岩为主，次为粉砂岩和泥岩，并夹有众多软弱（泥化）夹层。岩层倾向下游（倾向泄水建筑物出口），因此存在出口边坡岩体沿泥化夹层或软弱层面产生较大面积平面滑动问题。上述边坡在施工期局部地段已发生不同程度的变形，表明边坡稳定问题的严重性。
在大量的勘察研究和多种方法的稳定分析计算的基础上，通过复杂的工程处理措施，泄水建筑物出口段边坡的稳定性得到了保证，监测成果表明，边坡未出现明显变形。
3.6 三峡工程——世界上最大的水电站
三峡工程是当今世界上规模最大的综合性水利枢纽。最大坝高181m，坝长
2309.5m，装机容量18200MW，水库总库容39.3×109m3。工程的地质勘察始于50年代中期，先后历时40年。
三峡工程的地质研究，采用了地面地质、遥感地质、深部地球物理勘探、钻探、硐井探、工程物探、专门性工程地质水文地质观测、测试与试验、岩（土）体物理力学性质试验研究、高精度形变测量、物理模拟、数值解析、先进的分析鉴定技术、专用地震监测台网等技术方法，围绕区域构造稳定和地震活动性、水库诱发地震、水库区工程地质与环境地质、坝址及建筑物工程地质与水文地质、天然建筑材料等与工程建设关系密切的重大地质问题进行研究。其中：区域构造稳定性和地震活动性方面，关于深部地球物理场和地壳结构的研究，主要断裂活动性的研究，现代地壳运动性质的研究，地震活动特征与地震危险性分析的研究等；水库诱发地震方面，关于库区深孔地应力的实测，小孔径台网强化观测，极近场地震动参数研究，库盆应力场和应变场的数值和物理模拟研究等；水库区工程地质与环境地质方面，关于库岸稳定性的综合研究，水库区移民选址的工程地质勘察，水库下游河道演变及环境影响；坝址区及建筑物主要工程地质条件的研究方面，关于风化壳工程地质特性的研究，断裂构造工程特性的研究，缓倾角结构面的工程地质研究，岩体卸荷带特征研究，大坝建基岩体结构及质量研究，深挖岩质高边坡稳定性研究，岩（土）体物理力学性质试验研究等；以及天然建筑材料的勘察的研究，都极具特色，取得了许多有价值的成果。
三峡工程的地质勘察研究时间跨度长达40年，经历了不同勘察阶段的多次反复和交叉，参与三峡工程重大地质地震问题研究的单位、部门和学者，都是国内相关科学研究的权威部门和专家，在一定程度上代表了我国当前工程地质，尤其是水坝工程地质勘察与研究的水平。
4 勘察技术的发展与进步
50年来，数十座高100m以上的大坝在中国的成功建设，提供了强大的动力和广阔的市场，促使广大的工程地质和相关学科的科技工作者，不断从理论到技术方法上追求勘察技术的创新和发展，从而使大坝工程地质勘察工作的水平得到了迅速的提高。
4.1 工程地质理论研究
几十年来，许多中国工程地质学者，努力从理论上建立一种可以指导工程地质实践，有助于认识和把握工程地质条件的学说。这种理论研究有两种类型，一种是有一套比较完整的思想观点和理论体系，用以全面指导勘察工作的实践和在较广泛的范围内解释复杂的工程地质现象；另一种是仅从一个方面提出一些新的观点和研究方法，服务于特定的专题，主要集中在以下一些工程地质问题上，如：泥化夹层的成因演变及破坏机制的研究，高边坡失稳机制和破坏模式的研究，岩体结构及岩体质量分类研究，地下洞室围岩分类研究，裂隙三维网络模拟研究，岩溶河谷水动力类型分带及深部岩深研究，裂隙水动力学的理论研究等。上述诸多的理论研究中，谷德振教授创立
的“岩体结构控制论”，具有比较完整的学术观点和理论体系，得到了广泛的应用。
中国的工程地质学者在谷德振教授所创立的理论基础上，通过大量的工程实践，发展和完善了岩体结构控制的理论。并在工作中形成了一套较完整的流程（图4.1）。
4.2 遥感技术
遥感技术应用于中国的大坝建设始于70年代后期。由于这一技术具有视域广阔、信息丰富、用途广泛等优点，在很短的时间内就在水利水电工程地质勘察工作中得到了广泛的应用。目前，中国的水坝地质勘察工作中，遥感技术已得到广泛的应用，主要用于：
1、中小比例尺地质填图
2、区域地质构造研究。
3、库岸稳定性及崩塌、滑坡、泥石流调查。
4、岩溶调查。
中国工程师们在充分应用航天航空遥感技术的同时，结合大坝建设的实际需要，注意开发低空大比例尺航空遥感和地面遥感技术，提供的影象真实、清淅、信息丰富。
3 钻探技术
钻探仍是大坝工程地质勘察的主要手段。随着中国大坝建设的地基条件日趋复杂，许多特殊的地质问题，如软弱（泥化）夹层的层位确定及取样，砂卵石地层特别是巨砾、漂砾地层的钻进，砂砾石层取样，砂层取原状样，特硬地层如燧石层、石英砂岩地层的钻进，钻孔岩心定向等问题，依靠常规的钻探方法无法获得满意的资料。国外解决类似的特殊地层钻进问题，有的有成熟的设备机具，但价格很昂贵；有的则还没有可靠的方法加以解决。在国家“六·五”、“七·五”科技攻关中，中国的工程师本着为生产服务，自力更生的原则，为解决上述难题做了大量的研究工作，取得一批在实践中获得良好效果的成果，包括：大口径钻进技术，金刚石套钻取芯技术，金刚石钻具砂卵石层中钻进技术，液动阀式双作用冲击回转钻进设备，。各种类型的砂层和软土层钻进及取样技术等。此外，在绳索取心，破碎地层取芯技术等许多方面，都已达到了国际先进水平，缩小了和国外技术的差距。
4.4 工程地球物理勘探技术
在我国，水文地质工程地质物探与石油和金属物探相比，起步较晚，约在50年代后期才有一些流域机构和部直属勘测设计院建立专业物探队伍开展工程物探工作。在改革开放和科教兴国政策的强力推动下，各水利水电工程勘测单位基本上都建立了专业物探机构，并相继从国外引进了一批较先进的工程物探仪器，开展了新技术方法的应用研究。同时，中国的科技人员结合工作中遇到的大量实际问题，开展了多方面的
专题研究。如小口径钻孔彩色电视录像及图像处理系统的研究；浅层反射波法地震勘探及数据处理技术的研究；数字测井技术及全波列数字声波测井技术的研究；弹性波、电磁波层析成像技术（CT）研究；微伽重力仪在岩溶探测中的应用研究；瑞利面波勘探技术研究；最近又研制出一种新型的超磁致伸缩声波震源发身装置和坝基岩体质量快速检测系统。这些研究成果为推到我国工程物探的发展起到了重要作用。此外，近十余年来，对国外先进物探设备的引进、消化吸收、改进和扩展的研究也取得了很大的进展。
4.5 地质力学模型试验
地质力学模型是一种物理模拟研究方法，用于研究工程建筑结构和岩体结构的共同作用，定量或半定量地解决在工程荷载作用下建筑物和基岩的变形和稳定状态，及在超载作用下的破坏过程和破坏机制，以对建筑物的安全作出评价。 中国将大型地质力学模型试验用于大坝工程建设始于70年代后期，首先将其应用于葛洲坝工程二江泄水闸的抗滑稳定，其后在龙羊峡大坝的坝肩稳定，三峡工程永久船闸高边坡的开挖程序和变形状态，三峡工程左岸厂房坝段深层抗滑稳定性，小浪底工程地下厂房多裂隙层状介质岩体的稳定性评价，二滩水电站拱坝整体稳定和坝肩稳定，以及铜街子、构皮滩、小湾、隔河岩等工程，均进行了二维（平面）和三维的地质力学模型试验，为建筑物设计提供了极有价值的资料。
中国的工程地质工作者也采用地质力学模型研究许多自然地质现象的发生，发展过程和破坏机理。如葛洲坝坝基层间剪切带，铜街子大坝坝基地质结构的形成机现，龙滩、五强溪水电站的高边坡变形和破坏机制等，均取得了许多重要的成果。
4.6 计算机技术应用与工程地质数值分析
近十余年来，随着计算机技术的迅速发展，中国的工程地质科学，也以前所未有的速度迅速摆脱长期以定性评价为主要手段的局面，不断开拓工程地质数值分析的新领域。尤其是近20年来，中国大坝建设面临许多新的问题，如高双曲拱坝坝肩稳定性，高地应力区建筑物设计，高地震烈度区抗震设计，含众多软弱夹层及断层的坝基稳定性，大跨度地下洞室、高陡人工开挖边坡的岩体稳定等。在这些条件下，作为建筑物一部分的基础岩体，其应力状态十分复杂，采用传统的解析方法，是无法考虑诸如岩体的各向异性，非均质性，不连续性，时效变形及复杂边界条件等情况的。而这些问题的解决，只有在计算机技术迅速发展的基础上，以及应运而生的各种数值分析方法日益成熟的条件下，才有可能逐步得到解决。
中国水坝工程地质勘察计算机技术和数值分析方法的应用，大体可分为三个层次：
1、工程地质勘察原始数据的统计分析
这是目前计算机技术在广大勘察部门应用得最广泛的一个层次，它包括：原始资料和数据的统计、分类，各种分析试验成果的数值处理，各种工程地质条件的分类、分区、趋势分析和预测等。
2、工程地质问题数值分析
工程地质问题数值分析是数值分析方法在工程地质领域应用的核心，主要包括两种类型的问题：一是工程地质现象形成机制和演化过程的数值模拟；二是工程岩体的稳定性评价和预测。
复杂地质现象的数值模拟是用数值分析方法通过再现地质现象的形成和演变过程来揭示现象的内在规律。由于客观地质体不论其空间、时间尺度，还是物质条件和影响因素的复杂程度，都不是数值模拟所能准确再现的。因此，这种数值模拟方法的意义不在于具体成果的准确性，而在于规律探索，并预测其未来的发展趋势或失稳破坏的方式。由于数值分析方法不仅得到岩体变形（位移）和破坏的最终结果，而且可以获得工程岩体在外荷载作用下位移场、应力场的细部情况，可以在一定程度上模拟岩体的非均质性和各向异性，同时还可以通过对岩（土）体变形破坏规律和过程的模拟研究，评价岩体的稳定性现状并预测其未来的变化，因而不断发展和完善工程岩体稳定性的数值分析方法，是工程地质学今后发展的一个趋势。
然而，通过20多年的实践，中国的工程地质工作者也深刻意识到，由于工程岩体的特殊性和复杂性，完全依赖甚至主要依赖数值分析方法来解决大量的工程实践问题是不可取的。首先地质体是在漫长的地质历史时期形成的复杂体系，同时地质体高度的各向异性和非均质性也是任何其它材料所不能比拟的。因此，理论的本构关系假定和必须简化的计算模型在解决这种问题时必然存在偏差，有时甚至表现得无能为力；同时人们对地质体的认识由于受到多种因素的限制，仍然有很大的局限性，因此，对与之相对应的数值分析方法自然不能期望过高；再者计算参数的选择在很大程度上决定了计算结果的可靠性，由于计算参数的不确定性，极大地限制了计算结果的准确性。
中国有经验的工程地质专家在应用数值分析方法时，很好地把握了以下几个原则：
（1）高度重视第一性资料的收集工作。任何工程地质数值分析的可靠性和准确性，很大程度上取决于对地质原型认识的正确性。
（2）建立合理的地质概化模型和力学模型。任何数值分析都必需对地质体原型条件做合理的抽取、归并和概化、使之能较好地概括地质体的基本特征和环境条件，既突出工程地质问题的主导因素，同时又具有数值分析的可能性。
（3）适时优化和完善计算条件和参数。任何一项水坝工程，特别是地质条件复杂的水坝工程的实施过程，都是一个不断加深认识和优化设计的动态过程。因此，要根据不断变化的地质情况，及时调整各种计算条件和参数，充分利用数值分析方法快捷、简便的优势，及时补充数据，修改和完善地质概化模型、力学模型和计算方法，使数值分析方法的优越性得到充分的发挥。
（4）重视并充分运用岩体原位测试和变形监测技术。近几年来岩体原位测试和变形监测技术日益普遍用在大坝建设的各种建筑物的设计、施工和运行中，这是当前勘测、设计施工信息化的重要组成部分。用反分析方法所确定的参数尽管其物理意义是模糊的，但用于优化设计则是可行的。因此反分析计算已成工程地质数值分析的一个
重要的新领域。
（5）正确估量数值分析成果的可靠性和应用条件。数值分析方法在解决复杂的工程岩体问题时，有很大的局限性。因此不能简单地将数值分析的成果应用于岩体工程的设计中。缪勒博士1988年最后一次考察三峡工程时，曾对数值分析方法作了评述，大意是：没有计算是不行的，计算成果可以给出量级和程度的概念。但依靠计算做设计是困难的，更不能代替地质学家的判断。这一段话说得十分精辟，值得在实践中不断探索和把握。
3、计算机辅助制图和工程地质数据库及仿真技术的应用
这是第三个层次的计算机技术应用。它虽然不直接回答各类工程地质问题的分析结论，但却是加快勘察工作进度，扩大勘察成果的应用领域，提高勘察成果的服务水平的重要途径，也是推动工程地质科学广泛接纳现代高科技的重要方面。
计算机制图技术在工程地质领域的应用在近十多年来才得到重视和发展，目前基本地质图件均已实现计算机制图，包括柱状图、剖面图、各类地质结构面的统计图、各种展视图及地质平面图等。但复杂的地质平面图和三维地质模型成图的水平仍较低，目前还没有一套适用于水利水电工程地质勘察并解诸多复杂图形的大型软件系统。
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