当代工程地质学和岩体力学相互结合,不断深化、拓展和延伸,产生了一门新的学科——地质工程学。从工程地质发展到地质工程,是一个质的飞跃。地质工程学的产生和发展,是人类社会发展的要求和工程实践的结果。我国的地质工程研究是随着20世纪50年代初大规模建设发展起来的,已经走过了近70年的历程,在理论和实践上都得到了很大的发展,同时加深了对地质工程的学科特点的认识。
20 世纪80年代以来,随着人类工程建设的规模越来越大,在工程建设中出现了一种新的工程类型——地质工程。一些大型工程,如日本的青涵海底隧道、英吉利海峡的海底隧道、美国赫尔姆斯水电站地下厂房及我国的三峡水利工程和小浪底水利工程等,在兴建中提出了许多工程地质和岩体力学方面的棘手问题。在工程设计和施工过程中,如何认识和解决这些岩体力学问题,往往会对工程进展起到决定性的作用。
20世纪40年代以后,特别是在法国的Malpasset大坝和意大利的Vajont水库等工程失事的惨痛教训的影响下,人们开始寻求能够考虑岩体裂隙影响的计算模型,建立了各向异性的等效连续介质模型,解决了一大批岩体工程问题。
岩体力学作为一门新兴学科形成于20世纪50年代,其发展主要经历了三个阶段,即连续介质模型—等效连续介质模型—不连续介质模型。早期的岩体力学视岩体为连续介质,采用材料力学或弹性力学的方法来处理岩体力学问题,因此早期的岩体力学实质是关于岩石或者岩块的力学。
20世纪60年代以来,随着计算机及计算技术的发展,在等效连续介质模型中开始引入数值方法来模拟岩体中断裂、裂隙等结构面;同时,随着各种岩体结构形式的揭示及块体理论、离散单元法等的创立,形成了岩体力学的不连续介质模型,并使之从理论研究逐步进入工程应用。
20世纪70—80年代,我国著名工程地质学家谷德振院士运用岩体力学观点,在研究岩体的工程地质力学及岩体结构等方面取得了显著进展。他提出了岩体结构这一重要概念,并对岩体结构进行了分类,强调岩体结构控制了岩体的变形、破坏及其力学性质。这些研究成果经过不断发展,逐渐形成了“工程地质力学”这一重要理论体系。该理论的创立对解决大型岩体工程建设问题具有重要意义。
20世纪80年代,随着工程规模和数量的不断扩大,在大型工程建设中不仅需要对复杂地质体进行评价和预测,而且需要对复杂地质体进行有效的改造和控制。这些问题的解决涉及工程地质学、岩体力学和工程设计等多种学科的综合和渗透,单靠原有的工程地质理论和技术已远远不能满足工程上的各种要求。岩体力学使工程地质研究趋于定量化,工程地质又是岩体力学发展的基础,两者相互结合,通过吸取其他学科知识,在原来的基础上不断拓展和延伸,逐渐发展形成了一门新的学科——地质工程学。
进入21世纪,随着经济建设的发展和现代高新技术的兴起,地质工程得到了前所未有的发展,地质工程学研究的内容在不断丰富,范畴也在不断扩展。地质工程所涉及的领域已由传统的水利工程(堤坝、水库)、建筑工程(基坑、地下洞室)、隧道工程和边坡工程扩大至地震工程、海洋工程、环境保护、地下水资源利用、地热开发、地下蓄能、地下空间开发利用等诸多领域。