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早在20世纪中叶以后,科学发展的一个重要特征是重大科技基础设施的出现。国家大科学装置(国家重大科技基础设施)是为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段的大型复杂科学研究系统,是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础,须通过大量的资金投入和复杂的工程建设来完成,建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动,以实现重要科学技术为目标的大型设施。然而一个大科学装置运行是否高效,甚至大科学装置工程的研究成败在很大程度上取决于大科学装置的场地条件。不同类型大科学装置对场址条件具有一定特殊性的要求,如:中国散裂中子源(CSNS)要求场址不允许产生不均匀沉降,个别区总沉降量应小于20mm。为方便对宇宙射线的接收,大型高海拔空气簇射线观测站则要求场址位于大气条件非常好的、地基稳定的高海拔位置。地下深埋实验室则需要建在工程地质条件优越的深埋隧道中,是为了更好的屏蔽掉对研究有干扰的能量粒子。而如何选择好适用于大科学装置建设的场址是目前面临的一个亟待解决的问题。 为了解决大科学装置工程选址的需要,本文在前人研究各种工程设施选址的基础上,对常见的选址方法进行了总结。笔者以中国科学院高能物理研究所和中国科学院地质与地球物理研究所合作的两项不同类型的国家大科学装置工程选址为研究对象,将德尔菲法、多因素相互作用关系矩阵、层次分析法等模糊数学评价方法相互结合,提出了“工程地质适宜度”这一评价指标,制定了定性与定量相结合的工程地质适宜度评价方法,建立了工程地质适宜度评价的数学模型,为国家重大工程设施的建设选址提供一定的指导。 通过对中国散裂中子源(CSNS)5个比选场址进行初步地质调查,选取岩性、构造、地形地貌、水文地质、岩石风化程度和土地利用条件等作为工程地质适宜度评价的主控因素。首先初步应用工程地质适宜度评价方法对比选场址进行评价,确定将东莞第三场址作为拟选场址。然后在对第三场址进行详细勘探资料分析的基础上,对第三场址进行更详细的工程地质适宜度评价。根据中国散裂中子源主装置设施对场址条件的要求,建议对原规划400亩主装置区内规划的环形加速器和靶站的布置做近似180°的调整。 根据大型高海拔空气簇射线观测站(LHAASO)的建设需求,以及西藏羊八井LHAASO实验站建设情况,对香格里拉石卡山顶拟选场址进行地形地貌、气象水文、地理详细资料的收集和地质勘探,研究了拟选场址崩塌、溜砂坡、落水洞和地下暗河发育特征和规律,应用工程地质适宜度评价方法,对拟选场址进行分区,并对LHAASO实验站的建设提供相应的建议。 通过对两个不同类型的国家大科学装置选址问题的对比分析研究,以及工程方案的后期进展,证明了工程地质适宜度这一方法的科学性、合理性,填补了目前对国家大科学装置工程选址方法研究的一项空白,这一方法的提出和研究,对我国国家大科学装置的建设和发展具有非常重要的指导意义。