谷德振(.8.13-.6.21),地质学家,工程地质学家,中国科学院学部委员(院士)。谷德振先生连续开展工程地质研究三十多年,是我国工程地质和水文地质学界杰出的开拓者、奠基人。曾任地质部治淮工程地质队长、武汉长江大桥工程地质队队长、长江流域规划办公室地质总工程师、地质科学院水文地质工程地质研究所副所长、中国科学院地质研究所水文地质工程地质研究室主任、中国地质学会工程地质专业委员会首届主任委员等。从治淮工程、三峡工程到葛洲坝工程,从西南铁路建设、金川矿山到二滩水电工程,建国以来的多数大型建设工程都曾留下过先生的身影和足迹。此外,谷德振先生还从事过国防、核爆、核电站等工程地质工作,以及喀斯特、水文地质等专题研究。经多年实践,谷德振先生开创了具有我国特色的、新的分支学科——“岩体工程地质力学”,提出“岩体结构控制岩体稳定性”的著名论断,极大推动了中国工程地质的发展,为工程地质学科发展树立了新的里程碑。
谷德振先生涉足的主要工程
立志求学
谷德振,年8月13日出生于河南省密县(现新密市)谷垌村。年从北京育英中学毕业后考入北京大学地质系。抗战爆发后,因病休学回乡任小学教员。养病期间还参加了密县抗日救国动员委员会、中国青年救国会的抗日宣传活动。
年5月离乡辗转来到国立西南联合大学地质地理气象系复学。师从孙云铸、王烈、袁复礼、谭锡畴等名师。同班同学有刘东生、顾知微、陈梦熊、郝怡纯、马杏垣、穆恩之、韩德馨,后均当选为中国科学院学部委员(中科院院士)。当时的求学条件很艰苦,各门课程教科书很少,仅有的书只能轮流传阅,靠听靠记,有时白天跑警报,要么带着书在山沟里找地方读书,没书就找野外露头讨论岩石矿物或者识别小构造。
年谷德振从西南联大毕业,被四川地质调查所,先后受聘技佐、技士。在时任地质调查所所长的著名地质学家侯德封的指导下开展区域地质和矿产资源调查。
年11月,地质学界元老、著名地质学家李四光带领部分中央研究院地质研究所的同事来到重庆,入住四川地质调查所。谷德振在重庆大学听了李四光作的《从地质力学观点看中国山脉之形成》和《地质力学的基础与方法》等学术报告,兴奋得夜不能寐,立志要学习地质力学,思考着如何将构造地质和地质力学相结合。在李四光滞渝养病的几个月里,谷德振在工作中有较多机会聆听李四光的教导,更扎实地学习和理解地质力学的理论基础与方法。
年李四光先生七十大寿师生合影
(前排中为李四光夫妇,后排右四为谷德振先生)
年,谷德振作为李四光的助手转入中央研究院地质研究所,先后受聘助理员、助理研究员。重点研究了桐庐帚状构造、赣南山字型构造。并开展了不同粘土材料、不同含水量和不同糙度基底的构造模拟实验。
年11月1日,中国科学院正式成立。谷德振先生受聘中国科学院地质研究所助理研究员。
长春地质学院的董申保在一次回忆西南联大时说:“在联大我比谷德振高一年级,他学习非常认真,笔记做得好,人很随和,在班上人缘好,跟我们年级李璞、张炳熹、段国璋还有曹国权都处得很不错。在野外看露头特别仔细,记得一次跑警报,远处日机已经岀现了,他和曹国权还在一个谁也没在意的小露头上讨论。我们在山包上喊他们,没想到他们一口气就赶上我们,一起钻进了树林”。这里所蕴含的脚踏实地、明志奋发的精神,正是谷德振一生恪守之道。
治淮工程
历史上黄河多次夺淮,长期泛滥淤积。加上降雨时空分布不均,域内洪涝灾害频发。“大雨大灾,小雨小灾,无雨旱灾”,“十年九荒,多灾多难”是昔日淮河流域的真实写照,沿淮人民苦不堪言。
年,政府决定治理淮河,提出上中下游兼顾,上游以蓄为主,中游蓄泄兼筹,下游以排为主的方略,开始了有计划、有步骤地实施综合治理工程。
年春,谷德振急国家所急,毅然投身于当时正在初创时期,力量尚为薄弱的工程地质研究中。担任中国地质工作指导委员会治淮地质队队长,进行相关的坝址工程地质勘查与测绘工作。至年间谷德振带领治淮地质队完成了10个水库及其大坝的工程地质勘查,编写了11份勘查报告,发表了3篇科学论文,为坝区、坝址、坝线的设计选址和基础处理等都提供了可靠依据。他们的工作深受治淮工程指挥部的领导和设计工程师们的肯定与支持。
谷德振在治淮工程中做野外调查
当时与谷德振一同工作的夏其发先生说:“谷先生对工作兢兢业业,一丝不苟,解决问题很果断。哪儿有地质问题,来龙去脉搞不清楚,淮委就找谷德振、戴广秀。谷先生很和气,平易近人,平时有说有笑。当时地质专业人员少,工作很紧,他对青年人更是和蔼可亲,在紧张工作之余,讲讲笑话,让他们开心。”
(a)佛子岭水库
(b)响洪甸水库
已建成的淮河流域部分水库
武汉长江大桥地质勘测
“一桥飞架南北,天堑变通途”。千百年来,多少人在横渡长江的时候,都曾梦想过大江上建有一座桥。早在年武汉三镇就有建桥之议,且先后曾有4次勘察尝试,然而数十年过去,大桥仍在人们的憧憬之中。建设复杂的大型桥梁,不但需要精良的技术条件,还需要安全可靠的桥基。
为了能够及时提供可靠的技术设计所需的水文地质工程地质资料。年春,谷德振任地质部武汉长江大桥地质队队长,受命负责武汉长江大桥地质勘测工作。
武汉长江大桥桥址地质剖面图
在桥区地质条件不清楚,桥线上钻探揭示出的地质剖面不明确的情况下,谷德振带队到大冶开展区域地层、岩性、地质构造的调査与比较,建立了桥址地质剖面和地层柱状图,弄清了桥基地质条件,减少了勘探工作量,为桥墩位置的确定与“大型管桩钻孔法”的实施提供了依据,突破了桥梁建设最困难的基础工程。受到国内外专家们的高度赞赏,苏联专家组组长西林表示钦佩。
武汉长江大桥全桥施工历时两年,于年10月15日正式通车。
建成的武汉长江大桥
谷德振先生强调“基础地质、野外调查是根本”,“区域地质背景不搞清楚,只搞桥基的勘探工作,是不能把问题弄清楚的”,这也是他一生所奉行的原则。
三峡水利枢纽选址
长江是我国最长的江河,流经11个省、市、自治区,全长千米。在重庆市的奉节县至湖北省的宜昌市之间为峡谷段,分别有瞿塘峡、巫峡与西陵峡,故称作三峡。上游水力资源十分丰富,中下游洪涝灾害频发,开发与治理长江是我们千百年来的梦想。
早在年孙中山先生就提出“改良此上游一段,当以水闸堰其水,使舟得以溯流以行,而又可资其水力”,并组织了最早的三峡调查与勘测。
年长江发生百年不遇的特大洪水,江汉平原与洞庭湖区损失惨重,中央提出了长江流域规划编制与长江三峡水利工程建设的任务。谷德振即开始了他此后从未间断的长江三峡水利枢纽工程地质论证与评价研究。
年初,谷德振和侯德封、袁复礼、张宗祜等人与波波夫为首的苏联专家组成中苏地质专家鉴定委员会,对长江中下游相关水利枢纽区地质条件进行评估,谷德振与侯德封撰写了《中苏地质专家对长江水利枢纽的工程地质报告》供领导决策参考。
年陪同中苏专家考察三峡
(前排左一为侯德封,右二为袁复礼,后排左一为张宗祜,左二为谷德振)
之后谷德振被地质部任命为三峡工程地质勘测队(简称三峡队)总工程师,开展区域地质与水文地质工程地质条件的调查、多个拟选坝址的工程地质勘查及库区渗漏问题研究等一系列工作。该项研究历经三年,研究成果于年由地质出版社正式出版在《水文地质工程地质论文集(2):三峡专集》,为三峡水利工程建设的地质论证与评价奠定了基础。
年4月,谷德振撰写了《长江三峡水利枢纽工程地质问题》报告,就当时争议的问题,尤其是南津关、三斗坪两个坝区比选问题,进行了全面论述,对以后长江三峡枢纽工程的地质勘测工作起到了指导作用。
年,长江流域规划办公室(后改为长江水利委员会,简称长江委)特别邀请苏联专家到三峡考察。中苏两国专家就坝区选南津关灰岩区还是选三斗坪结晶岩区问题上发生争执。以谷德振为代表的中方专家们,多数认为南津关坝区的喀斯特发育特征较复杂,修坝的复杂程度存在诸多不确定性,倾向三斗坪结晶岩区。苏联专家和部分国内专家则提出结晶岩区河床上存在深潭,说明有可能存在顺河大断裂,也有复杂的工程地质问题,倾向于选南津关灰岩区。双方各持己见,建议打过江平洞探查。
考察后不久,长江流域办公室李廷绪副主任专门邀请谷德振、胡海涛、张咸恭、贾福海等专家围绕着要不要打过江平洞的问题进行研讨。会上谷德振带头表态支持把坝区选在三斗坪结晶岩区,没有必要打过江平铜。长办接纳了专家组的意见,推荐选用三斗坪坝址方案。
20世纪80年代,中国地震局为顺江的深大断裂问题进行了大规模地震、重力与航磁等地球物理勘查,结果表明长江三斗坪结晶岩区确无顺江发育的大断裂。
年国家决定放缓三峡工程建设步伐。
年在三斗坪坝区考察
(左二为谷德振,左三为刘国昌)
年5月,为建设三峡工程做实战准备,葛洲坝工程开工兴建。6月至9月,谷德振应葛洲坝工程联合设计团邀请,和商宏宽、杨志法等共赴葛洲坝工地考察。
凭借着20年的水电工程工作经验和15年来对长江三峡地质背景的把握,谷德振又一次果断决定先搞清楚坝基现场的地层结构。由此发现坝区范围存在不同类型的软弱夹层,其中泥化夹层对工程的稳定性影响最大。从粘土岩矿物成分、层间错动和地下水活动三个方面分析了泥化夹层的分布规律和将来库水位升高后的发展趋势。
葛洲坝水电工程地质讨论会
葛洲坝施工现场
(左一为谷德振,左二为陈德基,左三为李毓瑞,右一为范中原)
国际著名工程地质学家阿诺在年考察葛洲坝时,惊叹道:你们对软弱夹层是如何发现的?你们是怎样认识的?那么薄的层,你们却搞得那么清楚,我感觉你们很了不起!我们法国的马尔帕斯坝失事前,若也能发现坝基下面的软弱泥化夹层也就不会出现事故了。
年冬阿诺考察葛洲坝区软弱夹层
年1月4日,葛洲坝水利枢纽工程大江截流工程胜利合龙。谷德振应邀出席了这一举国盛典,兴奋无比。
他大半生对毛主席诗词《水调歌头游泳》中描绘的“截断巫山云雨,高峡出平湖”壮丽景象梦寐以求。登上大坝,遥望上游,心中再次默默地吟诵毛主席的诗词,决定给刚刚出生的孙子起名为“谷平湖”,对后代寄予深情。
葛洲坝水利枢纽
年,三峡工程建设再次提上日程。5月,国务院指示召开了一次大型的三峡水利枢纽选坝会议。谷德振和刘国昌、戴广秀、刘广润、陈德基等地质专家出席了会议。
会议期间,全体参会人员乘坐东方红36号轮船,冒着微风细雨,考察了现场。谷德振登上四楼甲板,扶栏眺望西陵峡两岸峭崖绝壁,回想三峡工程勘查的岁月,思绪万千,他曾带领着工程地质勘查人员,风餐露宿,披星戴月,跋山涉水,钻探,打勘探平硐,自年到年的二十六年间,数不清他去过多少次三峡,涉足多少个山峦深谷,流过多少汗水,仅参加重大科技论证会就不下10次,今日终于有了结果。他似乎已看到眼前耸立的三峡高坝。
三峡大坝于年12月正式开工,至年全部竣工。三峡工程已成为世界瞩目的宏伟工程。
三峡工程水利枢纽
西南铁路建设
年毛主席发出“三线”建设的号召,西南地区开始了大规模铁路建设。
年国家科委成立西南铁路工程地质专家组,由谷德振任专家组组长,成员有长春地质学院水文地质工程地质系主任刘国昌、地质部水文地质工程地质局工程师戴广秀和北京地质学院工程地质教研室主任张咸恭,另派国家科委七局秘书石书嘉配合。后来,为加快铁路建设,中央决定成立西南铁路建设指挥部,谷德振任技术委员会专家组顾问。
在任专家组组长与顾问期间,谷德振一年四季奋战在大西南的群山峡谷中,主持川汉铁路、襄渝铁路勘选与成昆铁路施工地质勘查工作。
大巴山越岭隧道是襄渝铁路的咽喉工程,是穿越汉水与嘉陵江两大水系分水岭的深埋长隧道,长约20km,为当时国内外最长的铁路隧道。该区山高谷深,地质构造复杂,喀斯特发育,地下水活跃。年伊始谷德振、孙玉科便组织地质所和铁二院等所内外力量组成地质攻坚战斗组,开展襄渝铁路大巴山越岭隧道工程地质水文地质联合攻关。
当时在勘查区内,基本没有公路,有的地方连山间小道都没有,居民点也很少,在这种条件下进行野外作业,困难是不言而喻的。据当时参与野外工作的实习生回忆:谷德振先生身体力行,穿草鞋与布袜,肩背地质包与资料,手拿地质锤,腰带上挂一个罗盘,后面挂个干粮袋,爬高山穿密林,天天如此,辛苦至极。队伍中年轻人的野外工作技能,很多都是这期间学到的。
大巴山隧道喀斯特调查组
(前排中为何宇彬,右二为车用太)
襄渝铁路于年4月开始修建,年12月全线通车,铁路线总长度为.3km。
已建成的襄渝铁路
成昆铁路主要穿梭于川西与滇东山区,地质学上称其为南北构造带。该区山势陡峭,奇峰林立,深涧密布,沟壑纵横,地形和地质条件极为复杂,素有“地质博物馆”之称。又有一系列不良地质作用,几乎各种危害工程建设的因素都有发生。恶劣的自然地质条件,复杂的设计施工,无疑对专家顾问组也是一个挑战,即使对历经百战的谷德振来说也是从未遇到过的难题。
经几十万修路大军六年多的艰苦奋战,成昆铁路于年7月1日正式通车。全线穿过了高温区、大风区、常年积雪区,有km长的线路通过了地震基本烈度Ⅷ-Ⅸ度区;战胜了大型塌方、围岩变形及隧道涌水、强烈的河流冲刷、山崩滑坡、泥石流、溶洞、暗河、流沙、瓦斯、岩爆等多种不良地质作用,创造了人类铁路建设史上的奇迹。
已建成的成昆铁路
西南铁路建设指挥部的彭敏副总指挥曾说:“山区修路,工程地质太重要了”,“忽视地质带来多少的麻烦与浪费”,“山区铁路要地质选线!”。谷德振先生则谦虚地说:“其他方面的工作也很重要,还是提综合选线,地质当先吧!”。
与谷德振先生共事多年的张咸恭教授曾说:“谷德振在工程地质界威望高,他的研究,他的结论,诚信度都很高,你们知道为什么吗?就是因为他对工程安全的高度责任感和认真扎实的工作,他掌握了可靠的第一手资料!”
金川矿山工程地质
金川矿是超大型硫化铜镍矿床,以镍为主,伴生有铜、铂、钴等18种有色金属和稀有金属,是中国三大多金属共生矿之一。矿山有五个矿区。金川矿区是与大庆油田同时立项的国家重点建设项目,20世纪60年代始建并投产。
年9月,中国科学院下达金川(现甘肃省金昌市)厂(今金川有色金属公司)工程地质研究任务,请谷德振即赴金川。到了金川,他和孙玉科与厂相关同志一起考察了露天矿边坡裂缝分布情况,对龙首矿和二矿区作了地质踏勘,与厂负责人共同商议了金川矿山工程地质研究计划。
年3月至11月,谷德振、孙玉科、王思敬带领研究室同志15人之众赴金川,先后与厂以及井巷公司、祁连山地质6队的同志们共同组成研究集体,开展金川矿山工程地质研究,历时近8个月。此后,金川矿山成为研究室矿山工程地质的研究基地。
谷德振不仅和大家一道在露天矿施工现场观测边坡地质结构,而且亲自组织地质剖面详查。对采场上下盘边坡岩体结构分析、一区高边坡的精细测量与变形机制分析、龙首矿崩落角以及安全系数计算等综合研究取得了令人信服的成果,计算确定的50°~40°最终边坡角为设计所采用。尽管随后开采期间出过开裂与位移,但直到闭坑都没有发生整体或较大规模的失稳。
年金川矿区考察工程地质
(左二为谷德振)
谷德振还组织过一次横穿龙首山与河西走廊断裂带的区域性大剖面考察,旨在了解龙首山东段自震旦纪以后受控于深断裂活动的构造格局及其演化历史和新构造活动。在这次活动总结时他又做了一次针对剖面内容的地质力学分析讲演。最后他指出:如果我们局限在露天矿坑、井下巷道或者矿区几平方千米范围内,就很难把握好矿区工程地质评价,更谈不上区域稳定性分析。
三年后,一位同志在进一步开展金川区域地壳稳定性研究时,深有感触地说:那次区域大剖面调查对这次工作具有指导意义,而谷先生的科学思想与科学行为的影响,比剖面本身还要大得多。
金川矿山工程地质研究工作,是一次对“岩体结构决定岩体力学性质,制约工程岩体稳定性”这一理论框架的全面实践与提高的过程,是谷德振先生领导下工程地质学科发展的一次飞跃,确定了酝酿多年的岩体工程地质力学理论与方法的主旋律。
金川露天矿全貌
二滩水电工程
年,中国科学院能源研究委员会和成都分院曾在成都组织召开西南水能资源开发研究座谈会,谷德振派研究室同志参加会议,并提出“加快大渡河、金沙江、雅砻江、怒江和澜沧江的水能资源开发,重视开发前期的研究工作。可以从正在勘测设计中的二滩水电站入手,开展综合研究”的意见,与会议宗旨不谋而合。
年3月,中国科学院能源研究委员会与成都分院组织了院内外有关所校,与水电部成都勘测设计院、中国人民解放军部队,签订了《加速二滩水力开发前期科研工作》协议。同时,推选谷德振为项目技术负责人。4月下旬,谷德振赴二滩工地,与项目组成员共同跑野外,看岩芯,钻探洞,看资料,分析二滩坝址的工程地质条件。6月,国家计委《雅砻江二滩水利开发可行性若干问题研究》项目正式启动。
年元旦,谷德振、王思敬等从二滩工地赶到成都,主持召开了《雅砻江二滩水力开发可行性若干问题研究》项目各专题工作汇报与学术交流会。谷德振先生由于近两年患糖尿病,出差前又被诊断为“胃炎”,加上旅途奔波,更显得消瘦与疲惫,但他仍然坚持到会,仔细听取每个同志的汇报,并适时提问与指导。
年3月9日,谷德振参加中国科学院能源研究委员会工作会议,报告了二滩项目的进展,并作《工程地质与国民经济建设》报告。会后,二滩项目遥感资料的获取与成功应用,使他对这几年所想的横断山区经济开发的前期研究有了抓手。他又动笔作《中国西南地区水能资源开发利用》的前期研究设想:“横断山脉地区是一个很特殊的自然单元。这里蕴藏有多种多样的矿产资源,还有极其丰富的水力资源,四川的大渡河、雅砻江、金沙江和云南的怒江、澜沧江,拥有我国水力资源的70%。水力资源的开发与发展,无疑有重要的战略意义。然而,这个地区又是高山峡谷,地质构造复杂,新构造运动强烈,地震频发,自然条件恶劣,地质灾害很多。因此,有必要进行开发前期的科学研究。”
已建成的二滩水电站
学科建设领军者
新中国成立不久,全国各地渐渐兴起工程建设的热潮。地质部成立了水文地质工程地质局;北京地质学院、长春地质学院、成都地质学院三大地质学院成立了水文地质工程地质系。
年中国科学院地质研究所开始着手筹建水文地质工程地质研究室。考虑到要成立一个研究室,必须要有一位研究积累丰富、有影响的学术带头人,中科院地质所决定从地质部调回谷德振。基于谷德振出众的工作成就,晋升谷德振为研究员。年3月中国科学院正式发文,批准地质研究所成立水文地质工程地质研究室,并任命谷德振为研究室主任。
谷德振先生与侯德封所长(中)、张文佑副所长(右)一起
仅仅十年的时间,在谷德振的亲自组织指导下,中国科学院地质研究所水文地质工程地质研究室,快速成长为国内水文地质工程地质学界重实践、富创新、有影响的一支科研队伍。
年谷德振在北京西山某边坡考察
(从左依此为谷德振,曲永新,古迅,徐嘉谟)
在这支队伍中谷德振于年当选中国科学院学部委员(院士),年王思敬、汪集旸分别当选为中国工程院院士、中国科学院院士。
创立“岩体工程地质力学”理论
年谷德振在梅山水库库区岩体的调查与研究过程中,产生了“岩体结构及其对工程岩体稳定性影响”的思想。
年完成《水利水电工程地质》的编写,结合地质力学理论总结了从治淮工程开始的十多年水利水电工程实践,明确提出“岩体结构控制岩体失稳”的科学论点,是创立岩体工程地质力学的征途上具有里程碑意义的一步。
年春,以中国科学院地质研究所工程地质与抗震研究室署名,题为《岩体工程地质力学的理论和方法》一文在《中国科学》第1期发表,正式宣告“岩体工程地质力学”新学科的诞生。
越来越多的人希望谷德振先生能把他的经验和理论方法写成书,让更多的人有机会学习。后来因为一直出差,写书的事总被搁置,从年才开始腾出时间编写。大约经过2个多月的梳理,谷德振提出了编写思路和提纲。
谷德振指出,这本书应该是包括大家(包括所内外工程地质界同仁)长期的工程地质实践和丰富经验的总结,是一个集体创作。虽然与《水利水电工程地质》以典型工程总结为主体的写法不同,但我们所写的要有工程实践所支持,人家拿到手要用得上。要做到用得上,就要在许多工程实践的基础上,把当前的工程地质研究往高里提。努力做到全面地阐述“工程岩体稳定性问题的关键,在于岩体内在结构”的基本观点。从工程地质学出发,应用地质力学的理论与方法,把岩体结构的形成过程和性质搞清楚;再用岩体力学的理论与方法,探讨裂隙岩体在外部荷载或受力条件下的变形过程和破坏机制,给出岩体的物理状态和力学属性,并结合工程要求,做出稳定分析计算和评价。
年4月开始编写工作,研究室对此事特别
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