范士凯设计大师—中国矿山建设精英系列报道之十五

发布时间:2017-06-17

编者按：中国煤炭学会矿山建设与岩土工程专业委员是学会29 个按专业（或学科）设置的专业委员会之一，第1-7届专业委员会委员大多是部、省、局（公司）、矿、科研院所、大专院校、设计院所等单位的专业领导、总工程师和专家学者，共260多人（包括1-2届原设计专委会委员）。其中有两院院士5人，2017年院士候选人5人，全国工程勘探设计大师12人和大学校长7人。近期将系列介绍院士和大师们的简介和对矿山建设的突出贡献。

            全国工程勘探设计大师

   范士凯,男，1936年9月出生，黑龙江克山人，教授级高级工程师，1960年毕业千长春地质学院水文地质及工程地质专业。1960 年11月至1962年11月南开大学地质地理系任助教，1962年11 月至1975年1月铁道部第三设计院地路处技术员，1975年1月 调至煤炭部武汉设计研究院。自1992年起享受国务院政府特 殊津贴，1994年4月获武汉市劳动模范荣誉称号。

    范士凯大师负责铁路、煤炭矿山、冶金矿山各类滑坡勘察及防治工程40余项。创立了“地震砂土液化工程地质判别法”，以地质因素一一地貌单元、地层时代、地震烈 度三要素进行砂土液化判别。其中心及其以前砂层为非液化砂层，被纳入国家抗震规范。以地   质因素进行砂土液化判别的理论和方法为国内外首创。论文《地震砂土液化的工程地质判别法》在1986年阿根廷“国际工程地质大会”上受到关注和好评。  

    创立了“地震小区划的工程地质地震工程准则”，即以地貌单元、地层时代和地层组合为基本区划要素，以地震反应分析和地震反应谱为具体单元的定量标准的地虔小区划准则。 论文《地震小区划的工程地质一一地震工程准则》在1986年意大利巴里”地震工程地质国际学术会议”上受到关注和好评。  

以湖北省松宜矿区陈家河煤矿跑马岭山体稳定评价研究为基础，总结出“采空区上边坡稳定评价体系”。即以地质调查、测绘为基础，通过岩体结构面统计分析、结构面组合判据和工程地质比拟判断采空区上边坡稳定。同时以地面、地下（采空区）对照进行数值模拟，首次划分出拉张应力区、下沉挤压应力区和坡脚外侧鼓张应力区组成的采空区上山体、边坡的应力分区。指导并解决了陕西韩城电厂膨胀变形破坏的定性和治理、山西平朔安太堡露天边坡下采煤对边帮稳定性影响的评价体系和方法等难题。这种评价方法和体系在煤矿”三下采煤”之外增加了边坡下一一第四下采煤研究的理论和方法。

   20世纪90年代，以“深基坑工程”和“桩基工程”为突破口，把武汉院的勘察队伍带入岩土工程领域，实现了“工程地质向岩土工程延伸”，形成了“勘察一岩上工程设计一岩土工程施工”的业务扩展和转型，培养了一批工程地质和岩土工程兼备的人才，使武汉院勘察处获得 “全国勘察先进单位”。

在深基坑支护设计和地下水控制理念上，提出以地貌单元、地层时代和地层组合作为地质条件划分的基本要素，以基本地质条件划分来区别不同的基坑变形破坏机制类型并选择支护对策。对深基坑地下水控制，提出了以地质条件为基础，按照地下水类型和开挖深度选择地下水控制方案的概念设计原则。强调深基坑地下水控制”以降疏为主、封堵为辅”设计理念。这些原则、方法、理念在武汉、湖北地区得到广泛运用。

20世纪90年代初，范士凯大师在担任“三峡地质灾害防治指挥部“顾问专家期间，对链子崖危岩体和黄蜡石滑坡防治方案证论时，所提出的防治原则被采纳，特别是对黄蜡石滑坡滑床深度判定的论证，被认为起到“一锤定音”的作用。在三峡工程论证阶段，被列入国家科委表扬名单中。

对“岩溶地面塌陷”这一重要的地质灾害现象，在国际上首次提出“不同地质条件下有不同机理和类型”，打破了以往普通认为的一种“潜蚀机理”的说法。提出了三种地质条件下的三种机理一一”渗流液化、流土漏失机理”、“潜蚀土涧冒落机理”和“真空吸蚀机理”，三种机理有三种塌陷类型。三种机理、类型的宏观分布规律取决于地貌单元、地层时代和地层组合关系。防治对策则根据地质条件、机理、类型的不同有所不同。这些论述使“岩溶地面塌陷”这一地质灾害现象形成了系统、完整的理论体系，是对工程地质学理论的丰富和发展。近二十年中，运用这些理论，主持或参与处理湖北、武汉、深圳等地数十处岩溶地面塌陷灾害，均获得了成功，解决了地方政府的难题，也使上述理论在地质和工程界得到了广泛接受。

近十年参与武汉地铁工程建设过程中，首先指出“武汉地区存在三个地貌单元，由于各个地貌单元的地层时代不同，地层岩性组关系不同，则工程地质、水文地质条件有显著差别。地铁各类工程的设计方案和施工方法应当根据地貌单元的不同有明显的差别。这种指导原则被地铁建设集团贯彻到勘察、设计、施工和事故处理过程中，发挥了重要的指导作用。例如，在隧道施工方法的选择上，长江一级阶地和二级阶地地貌单元上的砂土层中采用盾构法（越江隧道采用“泥水平衡盾构”，岸上隧道采用“土压平衡盾构”），长江三级阶地在地貌单元上的老土中采用矿山法或盾构法均可；地铁车站深基坑的围护结构，在长江一、二级阶地上采用地下连续墙，三级阶地则采用排桩支护；在深基坑地下水控制中，极力主张采用“悬挂式地连墙－深井降水”，仅在一座车站就节省7400万投资；在地铁线路穿越石灰岩岩溶带时，指出并划了塌陷危害区和塌陷类型，提出了不同类型塌陷区的预处理方案、措施，有效预防了施工、云营期间塌陷的发生。基于上述工作，范士凯大师成为武汉地铁工程勘察、设计、施工中的指导、把关不可或缺的专家。

创立了“土体工程地质的宏观控制论”。工程地质学和岩土工程技术所研究的对象就是两

类介质一一岩体和土体。对千岩体，早在20世纪70年代就形成较为完整的理论体系一一”结自控制论”。即岩体的工程性质主要由岩体结构（结构面和结构体）的性质所决定。这种理论 已被工程地质学界和岩石力学界所接受，并得到广泛关注应用；对于土体，则一直没有形成一种完整的理论体系。为此，在1979年第一届全国工程地质大会上，我国著名的工程地质学家刘国昌教授在会上提出：“岩体工程地质有了结构控制论，那土体工程地质要一个什么控制论？“自那时起，在涉及土体的各类工程中，把土体”控制论”当作前辈导师交给的任务，潜心研究、不断总结，历经三十余年，终千在我国工程地质学界首次提出“土体工程地质的宏观空制论”，即以土体所在的地貌单元、地层时代和地层岩性组合特点这三大宏观要素作为控制土体工程地质特性的基本因素，对土体进行宏观定性，进而对各类工程地质对象进行定量评价。实践证明，无论是地基、边坡、基坑、隧道或地铁工程，还是地质灭害、地霞效应等方面的基本规律都受到地貌单元、地层时代和地层岩性组合三大要素的控制。以此为基本指导思想，形成了较完整的工作程序和工作方法体系，概括为“土体工程地质的宏观控制论”。这一 理论的提出，丰富了工程地质学的基本理论内容，并且在实际应用中发挥了越来越大的指导作用。