解三峡工程岩体之密，建水工岩石力学之基

董学晟先生于2022年12月25日上午10时因病去世。我们十分悲痛失去这样一位前辈。

董学晟生先一一长江委长江科学院（简称“长科院”）原副院长，著名水工岩石力学与工程专家。他自1962年起致力于开展三峡工程等水利水电工程的岩石力学、安全监测等领域的研究和咨询工作，是我国水利水电工程地应力测试技术研究的先行者，对水工岩石力学思想的建立和广泛应用发挥了重要作用。从懵懂孩童，到知名专家，董学晟的成长奋斗历程，始终与祖国建设的需要，与水利发展的需要紧密相连。

一、青春梦想，初识岩基

董学晟1932年1月出生于武汉。那是一个军阀混战、民不聊生的年代。1937年“七七事变”后，抗日战争全面爆发，董父所在的南京金陵兵工厂奉命西迁重庆，一家老小在12月份经武汉搭乘运载笨重设备的大驳船溯江而上。船队走得很慢，由宜昌进入三峡。5岁的董学晟就隐隐约约地听到父辈们谈论，将来要在这里建大坝，发电供全国用。这是董学晟初遇三峡，也许正是此时，他幼小的心灵里已埋下了一颗跟三峡结缘的种子。董学晟在战乱年代深受身在延安的三叔董纯才的影响，对社会主义的苏联、对中国共产党所代表的新社会充满了美好的憧憬。1950年3月董学晟离开重庆大学机电系，北上沈阳投奔三叔，并转入大连工学院（现大连理工大学）物理系。1952年，董学晟从大连工学院被选派去苏联留学，听人说起建设三峡工程的宏伟构想，十分兴奋，当即选择了水力发电这个专业。不过那时，他所理解的水力发电，更多是大型水轮发电机设备，他以为他选的专业是搞设备制造的。到苏联莫斯科动力学院后，中国留苏学生会的领导、老学长林汉雄说，现在缺的是建大坝的水工专业的人，董学晟随即进了水力发电系水工专业学习。1955年水利电力部门派了一个大型考察团去考察前苏联及东欧的水力发电工程技术。考察团到达莫斯科后，给中国留学生、特别是水电专业的同学做报告，讲述国内大好形势，并特别讲到了三峡工程，已经设立了专门的机构来筹划，并且开始了勘探、规划工作。为三峡工程奋斗，渐渐成了董学晟终生的理想。1957年4月，董学晟在苏联莫斯科动力学院光荣加入中国共产党。1958年2月，在莫斯科动力学院的毕业典礼上，董学晟作了一个发言，特别讲述了他今后追求的理想，“你们大概都知道我们国家的大河长江，长江的水流携带着巨大的能源。我还在孩童时就听说在长江的三峡上，能够建设一座高坝和功率达1000万千瓦的发电站，我一直都梦想着要成为这个水电站建设的参与者。现在我将完成我的学业、返回亲爱的祖国工作，我的理想就要成为现实”。回国后，他主动要求到刘家峡工程工作，1961年经组织安排调入西安中科院动力研究所。1962年因三峡工程建设推迟，撤销了“三峡岩基专题组”，长科院藉此成立了岩基研究室（简称“岩基室”）。此时，十分重视人才的长办林一山主任远见卓识，派遣长科院岩基室主任杜时敏到西安招人，杜主任在动力研究所看到董学晟既是党员，又曾留学苏联，就点名要调他来长办。杜主任说：“你到长办后，就可以搞三峡了”。这句话一下子吸引了董学晟。1962年5月，董学晟带着对三峡工程无限的向往，正式来到长办。到长办后，董学晟认为自己学的是水工专业，最适合去设计单位工作，即使是到科研单位，也应去搞结构或水力学方面的研究工作。但杜主任说：“不行！你就留在长科院刚刚组建的岩基室搞岩石力学”。他一下子就懵了，说：“什么岩石力学？从来没有听说过！”杜主任说：“没听过就去学”，并给了他一本法国人写的、俄文版的《岩石力学》（1958年J.塔罗勃著，1960年译为俄文版，1965年译为中文版），说：“岩石力学是建设三峡工程必不可少的一门新学科，是一门全新的学科，大学里谁都没有学过，大家都要从头学起。你是学水工的，应能更好地从水工建筑的需要来掌握和利用它。”没有想到这一开始就是一辈子，缘定了“终生”。

二、雄心不变，加强科研

到长科院的第一个半年，董学晟一直在看书，杜主任给的俄文版《岩石力学》对于曾在苏联留学的他而言，文字上并无困难，但许多概念却是新的，他一段一段、一个公式一个公式地啃，随手将问题、理解、商榷和体会记下，写满了书页的空白处。后来又看了当时能找到的几本岩石力学书籍：苏联鲁宾涅特编的《岩石力学引论》，德国卡斯特奈尔著的关于地下硐室工程的书，等等。他经常到资料室查找相关文献，大量查阅国内外各种文献索引，包括德文期刊《岩石力学和建筑工程》、英文期刊《水力发电》等等，见到线索就编写卡片，两三年里积累了几百张文献摘要卡片。在这个过程中，他发现要搞研究工作，不仅要学岩石力学，就连数学、力学的知识也不够用了，工程地质的知识也缺乏。因此，他白天边看俄文《岩石力学》边翻译，晚上就自己复习，补充力学、数学和地质知识。

岩石力学是为工程服务的科学，光读书不行，还要有现场工作的实践。1962年9月董学晟到三峡现场参加野外岩石力学试验，这是他第一次到三峡野外试验现场。当时他和岩基室同事一起乘坐长航江蓉轮从汉口出发，行驶于九曲回肠般的荆江上，他回想起1954年在苏联乘船游伏尔加河时所见到的整齐治理过的河道，想到长江治理的宏伟蓝图，而自己已经能够参与了，心情十分激动，他在日记中写道：“现在，这个治理长江、建设三峡的事业，我可以直接参与了！而且参与的是它的心脏工程了……，地下建筑物、电站厂房、隧洞……为此奋斗一生也不虚度了！这就是我的共产主义了……”。1961年2月，国家科委三峡水利枢纽组扩大会上提出要对岩石力学试验技术和大跨度隧洞及地下建筑物进行研究。1962年到长科院岩基室工作的董学晟从1962年11月底到1963年3月初对此主题进行了广泛调研，先后多次到中科院、水电部、铁道部、军工等部门所属有关单位，访问有关岩石工程建设和岩石力学科研、教学的单位和专家，向他们请教、咨询，参观实验室、了解信息、收集技术资料。他发现，那时我国的岩石力学总体上还没有走出土力学和结构力学的影响，没有形成完全独立的学科。

三、外围练兵，以待时机

1963年，因为经济、技术等方面的原因，三峡工程短期内难以上马，长办林一山主任提出了外围练兵的策略，即先在长江上游地区兴建一些《长江流域综合利用规划要点报告》中选定的工程，借以培育、锻炼设计科研队伍，待时机成熟、国家决策后，再集中力量搞三峡工程。1963年5月，组织派董学晟去云南东北部的以礼河梯级工程。以礼河是滇北高山峻岭中流入金沙江的一条小支流，流量很小，但天然水面落差大而集中，因此可发电量不小。规划建设4个梯级引水电站，其中三、四级电站采用了捷克生产的水轮发电机组，并由捷克专家帮助施工，工程因为要采用中国当时完全不掌握的高压钢管输水技术，所以最初设计是由捷克专家帮助完成的。中苏关系破裂后，捷克专家撤走了，引水洞只打了一半，资料也不完全，只留下一个烂摊子。中国决定自力更生，将设计任务交给了水科院，水科院邀请长科院联合攻关解决隧洞压水试验和围岩初始应力测试问题。董学晟和两个同事在现场试验测试中不断碰到各种没有预料到的困难，仪器、设备加工不完善，试验现场工作条件恶劣，钻孔、凿槽震动的影响，岩面潮湿、打钻喷水对电阻片的影响等等。在以礼河艰苦奋战的8个月里，董学晟经过无数次尝试和失败，终于试验成功，率先在以礼河工程开展了岩体表面应力解除和表面应力恢复法岩体应力测试技术研究与现场测试验证工作，初步测得了高压隧洞和地下厂房围岩应力，给电站高压钢管隧道和地下厂房的设计、施工提供了必要的依据，成为我国水利水电工程地应力测试技术研究的先行者。

1998年董学晟重返乌江渡

1965年，董学晟奉命转战到乌江渡。乌江渡枢纽是《长江流域综合利用规划要点报告》中的重要水电工程，位于贵州遵义的乌江干流上，是当时国家三线建设的重大工程，也是我国在喀斯特地貌上兴建的第一座高坝，采用混凝土拱型重力坝，最大坝高168m。但它位于石灰岩溶蚀区，如何建高坝，大家都没有经验。1965年初长办接到了乌江渡枢纽勘测设计任务，3月初勘测处开始安排在现场开挖勘探平硐。长科院岩基室由董学晟和枢纽处联系，考虑如何配合勘测、设计单位，在乌江渡坝址现场组织、开展岩石力学试验研究的问题，也期望通过实际工程的锻炼，把岩石力学试验、研究技术提高完善，以便将来三峡工程上马时能更好地解决各种岩基稳定性问题。董学晟由此开始了连续8年、十赴乌江渡的征程，开拓性地进行了现场岩石力学试验各类试验技术的创新与实践，发明了应用液压枕技术进行岩体结构面抗剪试验等多项现场岩石力学试验技术。1972年初，水电部调整流域机构任务，决定将乌江渡工程交由中南院设计，水电八局施工，在林一山主任的要求下，长办每一个岗位的工作人员都对中南院进行了技术交底，董学晟虽然万般不舍，但还是顾全大局，无私地移交了多年辛苦积累的试验研究成果和资料，在1972年5月带着遗憾撤回了汉口。

四、水工岩石，三峡基础

从乌江渡回汉后，董学晟转战宜昌开展三峡工程的坝址岩石力学研究工作，参与三峡工程对太平溪和三斗坪两个坝址进行比较研究。1979年，葛洲坝工程截流在即，但对这两个坝址的取舍仍未有定论。同年5月，在武昌召开的“三峡水利枢纽选坝会议”上，200余名专家代表经过13天的讨论，仍未能达成一致意见。而对于正常蓄水位等关键问题，各行各业的专家、各地政府等部门以及全国政协部分委员也都有不同意见，争议也很大。各种争议促使党中央、国务院采取积极而又慎重的态度，于1986年6月至1989年3月对三峡工程进行了重新论证。在三峡工程反复论证期间，清江隔河岩工程于1987年开工了。这是湖北清江干流上的第一座大型水电站，总装机1200MW，大坝采用混凝土重力拱坝，最大坝高151m。长科院为隔河岩工程的主体科研单位，在工程设计与施工期间，时任副院长的董学晟全面主抓院相关专业在工程建设中的科研工作，并在院成立专门的班子承担隔河岩工程的试验任务和质量检测任务。在他的带领下，现场开展了导流隧洞锚喷支护试验，首次开展电站引水隧洞后张法预应力钢筋混凝土衬砌锚索摩阻现场试验，首次将关键块体理论应用于引水隧洞和厂房高边坡开挖与支护中块体问题分析。在工程建设管理方面，首次倡导和积极推行将工程质量检测纳入施工质量控制，并成为当今水利水电工程施工质量控制的必备环节。三峡工程直到1992年才通过全国人大决议上马，1994年底正式开工。

董学晟从1962年进入长科院岩基室开始，以建设三峡工程为光荣使命，攻坚克难，创新实践，与同事们一道，成功解决了多个与三峡、葛洲坝工程建设相关的岩石力学难题，为工程建设提供了重要技术支撑，也推动了岩石力学的发展。在岩石力学试验与测试技术方面，发现并解决了现场岩体变形试验中环境温度、承压板及测量支架刚度影响问题，奠定了微米级岩体变形试验获得真实应力-应变关系曲线的基础；首次开展了葛洲坝米级尺度的岩体现场真三轴变形与强度试验，攻克了大尺度岩体变形与抗剪破坏试验技术难题；攻克了岩体表面应力解除和表面应力恢复法岩体应力测试技术难题；引进和发展了300m级岩体深部钻孔水下三维解除法地应力测试技术。在工程岩体稳定性研究方面，积极研究三峡太平溪坝址大跨度地下厂房围岩稳定性问题，按四种岩石力学条件归纳了五种变形破坏类型，并重点研究了块体结构的围岩稳定性分析方法；围绕三峡船闸工程采用深挖陡坡和薄衬砌垂直墙闸室方案的工程论证问题，从多方面开展了系统的岩石力学研究，将充分认识和利用岩体的水工岩石力学思想应用于船闸工程实践；围绕三峡大坝抗滑稳定性问题的研究，揭示了大坝混凝土与基岩抗剪破坏机理与强度特性变化规律，提出了高坝建基岩体弱风化岩体的利用原则，建立了坝基弱风化岩体的利用标准，发挥了岩石力学在水工大坝设计中的技术支撑作用。董学晟基于长期对国际界大坝与岩体安全监测理念的研究，积极宣传和倡导岩体安全监测技术在三峡工程建设中应用。安全监测技术设计是三峡工程八个单项技术设计之一，他作为审查组专业副组长，全过程负责了工程安全监测设计思想的落实和审查。三峡工程首次将岩体工程和大坝结构安全监测纳入工程建设技术体系，为后续我国水利水电工程建设中全方位引入安全监测和建设运行全过程安全评价工作奠定了坚实基础。在实践中，董学晟归纳了水工建设中的主要岩石力学问题和研究思路，把研究的对象由试点扩大为坝基、洞室和边坡范围内、整个场址范畴的工程岩体，把研究的问题由岩石试体（件）的物理力学性质延伸到作为水工建筑物一部分的工程岩体（坝基、围岩、边坡）在实际工程荷载作用下的性状上，他带领的团队用试验、量测、监测、计算分析和工程措施等一套综合办法来解决这些问题，从而成为地质勘探和工程设计之间的连结环节，并形成了岩石力学的一个专门分支——水工岩石力学。董学晟及其团队围绕三峡工程建设中所需攻克的岩石力学问题，不胜枚举。“自新中国成立初期开始，50多年以来工程经历规划、选址、初设、重新论证、技术设计、施工等许多阶段，岩石力学的试验、计算分析和研究伴随始终，为工程的建设起到了很大作用，作出了基础性的、不可代替的重大贡献。”这是已故的三峡工程总设计师，中国工程院郑守仁院士为长科院岩基所所著的《三峡工程岩石力学中的理论与实践》一书中所作序中的第一句话。2015年长科院作为第1单位完成的项目“水工岩体特性评价与工程利用关键技术”获得国家科技进步二等奖是对他们努力创新实践的肯定。

五、建立国标，著书立论

在20世纪80年代，随着国家现代化建设事业的发展，各种类型、不同用途的岩石工程日益增多。鉴于当时国家各行业在有关岩体工程建设中对岩体质量评价的标准存在较大差异，1987年受国家计委委托，董学晟着手组织全国力量编制首部国家层面上的关于工程岩体质量评价和分级的基础性标准——《工程岩体分级标准》。面对新的挑战，他基于多年深厚的岩石力学工程实践经验和组织能力，组织了国内在岩体分级方面的多个行业代表性单位和专家，进行了长达5年的编制工作，终于在1995年作为国家标准被颁布实施。该标准充分吸收了全体编制人员的集体智慧，与现有的国内外各类岩体分级标准相比，具有全新的思想。该标准对岩体基本质量的分级具有普适性，所采用的分级思路克服了不同经历人员实施岩体分级所带来的可能差别。该标准颁布实施以来，我国各行业在修订其行业标准时，都采取了与之接轨的做法，对改变行业间标准的不统一和差异问题，起到有效推动作用。该标准在执行15年后，于2009年着手进行修订，修订后的标准于2015年颁布实施。与国际上现有主流岩体分级方法综合对比研究表明，中国的国家标准《工程岩体分级标准》是独立于上述方法，且具有相关性和互补性的新的分级方法。2004年，70多岁高龄的董学晟领衔出版了80万字的巨著《水工岩石力学》（中国水利水电出版社，2004）。该书以长科院为主体单位深度参与的长江流域中的几十个大中型水利水电工程岩石力学研究为依托，包括三峡、丹江口、葛洲坝、虎跳峡、构皮滩、以礼河等，对水工岩石力学主体内容进行了全面的、系统的总结和概括，首次从学科发展角度，用具体的工程实践案例勾画了水工岩石力学的轮廓，是中国水工岩石力学研究科学发展的重要专著。

六、广泛交流，精诚合作

在学习考察期间，董学晟先后访问了美国陆军工程师团下属的奥马哈分区、波特兰分区、西雅图分区、水道试验站、美国垦务局丹佛工程和科研中心、美国矿务局丹佛研究中心、哈扎工程顾问公司、加州大学（伯克利）等20个单位，考察了37个水利水电工程和一些实验室，留下了500多张考察照片，数本学习笔记和考察日记。2012年，在他80岁高龄之际，凭借良好的生活与学习习惯，对当年访美期间的相关资料进行了整理，出版了著作《密西西比和哥伦比亚两河大坝考察散记》（长江出版社，2012），该著作对上述两个河流上的102座水利水电工程基本资料进行了系统整理。在三峡大坝太平溪坝址论证期间，董学晟面对坚硬、但被多组节理切割成块的岩体，发现单靠有限单元法不能解决问题，通过多方查找，发现了石根华在《中国科学》上的文章，他在碧口工地创造的块体理论正是针对三峡这类块体结构岩体的。

1985年董学晟赴美学习考察期间，多次和在加州大学搞研究的石根华接触，和任放一起参加了石根华举办的块体理论讲习班，带回了石根华开发的关键块体分析程序。1986年11月董学晟在武汉组织了块体理论训练班，在三峡初设阶段和开挖施工期中，该理论和经长科院发展完善的程序成为船闸高边坡和地下厂房块体稳定分析的主要工具，解决了船闸边坡和地下厂房开挖过程中数百处各类大体积块体的多工况稳定分析与加固设计技术难题。在促进科技普及推广和为科技工作者服务方面，董学晟也倾注了很大的热情。此外，1988年6月遵照中国岩石力学与工程学会创始人陈宗基先生的建议，董学晟在武汉他组建了中国岩石力学与工程学会的首个地方学会——湖北省岩石力学与工程学会，并担任首届理事长。他曾1987年董学晟被选为国际岩石力学协会中国国家小组成员。此外，董学晟还担任了中国水利学会岩土力学专业委员会副主任委员、中国水力发电工程学会水工及水电站建筑物专业委员会委员等职务，促进了水工岩石力学的进一步发展，也推动了岩石力学在矿山、铁道、公路、工业、民用建筑、人防等诸多行业的运用。

七、高峡平湖，初心不改

1999年三峡永久船闸和二期坝基开挖结束，除了三期工程坝基开挖外，三峡的岩石工程基本结束，董学晟也退休了，但他忍不住总要找机会去现场看看。站在中隔墩看闸室那整齐笔直的深槽，来到闸室底仰望两侧高耸入云的高边坡，在下游围堰上看到那大型机械如林、宏伟的大坝混凝土浇筑场面，回想起近20年来，自己不下二三十次在国内国外各种场合应邀介绍三峡工程、讲解它的功能和效益、它的施工、所做的岩石力学研究，回答各种问题和疑虑时，总是满怀信心、如数家珍。幻灯片、投影片做了一套又一套。现在终于看到这一切都逐步实现了，心中总感十分欣慰，几十年的追求和辛劳都得到了回报！从1968年刘家峡水电站下闸蓄水，1972年以礼河4个梯级电站全部建设完成，1982年乌江渡水电站全部建成，1993年隔河岩水电站完工，2003年三峡工程正式下闸蓄水，三峡船闸开始试通航，2008年三峡试验蓄水到设计水位175m。共和国矗立起一座又一座水利丰碑，这都是一批又一批的像董学晟一样的治水治江的水利工作者励精图治、无私的奉献，水工岩石力学就是那最坚实的基础。西陵峡怪石林立依旧，滩多水急已成平湖，回想起初遇三峡的1938年，那颗小小的种子已经长成了参天大树。

董学晟先生在生前与中国红十字会签订协议，捐献自己的遗体给红十字会。他遗体已交红十字会处理。

很赞哦!（51）