岩土领域的常青树

岩土领域的常青树

——记解放军后勤工程学院郑颖人教授

李荣惠、刘长江、袁耿林 谷传民

人物小传 郑颖人,浙江镇海人,1933年1月出生,1951年入伍,岩土工程与地下工程专家,现为解放军后勤工程学院专业技术1级教授、博士生导师,中国工程院院士,重庆市地质灾害防治工程技术研究中心主任,兼任空军工程技术顾问,中国岩石力学与工程学会、中国土木工程学会隧道与地下工程分会及防护工程分会、中国力学学会岩土力学专业委员会等顾问,重庆市科协副主席、重庆市土木工程学会名誉理事长等多种学术职务。主编与参编国标、军标与地方标准10部,发表论文400余篇,出版专著10部。先后获国家科技进步二、三等奖各1项,国家科技大会奖1项,军队和部委级科技进步一、二等奖9项。培养博士、硕士研究生近百名。3次被评为全军优秀教师,获总后勤部“一代名师”“重庆直辖十年建设功臣”“新中国成立60周年重庆杰出贡献英模”等荣誉称号,并获国土资源部全国地质灾害防治科技进步特别贡献奖。

郑颖人,我国著名岩土工程专家、中国工程院院士、解放军后勤工程学院教授。

曾经一度有些专家断言:“岩土是门经验科学,没有多少理论。”但郑颖人不信邪。他一生孜孜不倦、执着追求、大胆探索、严谨治学,为发展和完善岩土力学理论,辛勤耕耘半个多世纪,在岩土塑性力学基础理论、岩土数值极限分析方法与地下工程弹塑性与粘弹塑性理论方面硕果累累,为军内外解决了军事与城市地下工程、地质灾害防治工程、特殊土及其地基处理等军民两用工程一些重大技术难题!

如今,年近八旬的郑老依然在岩土工程领域奋斗不息,他对记者说:“兴趣支撑着我走过这么多年,人老了,志趣不减,很多年轻人还叫我‘长青树’。”

且看:2007年,他的论文《有限元强度折减法在土质与岩质边坡中的应用》被评为全国首届最有影响的百篇论文;2009年,《极限分析有限元法讲座》获中国百篇最具影响国内学术论文;2009年,论文被引用数列全国作者排名第12位,连续两年在全国力学学科排名第1位;2008年,由他牵头的合著《边坡与滑坡工程治理》入选“三个一百”原创图书出版工程,2011年获中国政府出版奖提名奖。

风萧萧兮,踏上征途不复返

每个人都会选择自己理想的彼岸,而郑颖人和岩土的“缘分”却是命运安排的。

1933年,郑颖人出生在浙江宁波。他的童年正值抗战时期,几次辗转逃难,几次辍学,虽然苦,但他也受到了革命思想的熏陶。高三那年,在抗美援朝、保家卫国的声浪中,他抱着“国家有难,匹夫有责”的决心,毅然投笔从戎。

多年之后,他依然记得当年二哥送他踏上征途时的情景。站在黄浦江的汽轮上,迎着阵阵秋风,望着层层波涛,他脑海里反复呈现着“风萧萧兮易水寒,壮士一去兮不复还”的豪迈诗句。

参军后,经过预备学校政治思想与军事素质的锻炼,郑颖人转入哈尔滨空军一航校机械科学习,毕业后又被军队选派到清华大学石油系储运专业学习,后并入到北京石油学院直至毕业。

大学毕业后,郑颖人被分配到哈尔滨军事工程学院。1956年除夕,他乘着马车、迎着风雪,到“哈军工”报到,从此步入高等军事学府的殿堂。到校后他被立即安排讲授机场油库建筑课程。当时他初出茅庐,没有任何授课经验,而手里只有一本厚厚的俄文版苏联教材。怎么办?他抱着闯过教学关的决心,一边翻译,一边写讲义,夜以继日,埋头苦干。4个月后,他编写出20多万字的讲义,登上了讲台,一堂堂成功的授课得到了苏联专家和学员的一致好评。

1956年,作为新中国成立后第一批油料储运专业的高材生,郑颖人正踌躇满志于军队油料领域一显身手。但由于教学改革和军队建设的需要,他从热爱的油料机械专业改行从事军事地下工程建设。从油料机械到地下工程,专业相距十万八千里,但他毅然服从组织安排。

他干一行、爱一行、钻一行,几个月后就带着两本教材,接受了带领毕业班的学生到现场进行空军第一个洞库设计与教学任务。4个月时间,他顺利完成了空军第一座飞机洞库结构设计和学员毕业教学任务,还指导学生完成了两篇有一定学术水准的学术论文。就这样,他凭借良好的力学基础和勤奋努力,一步一步地走进岩土工程王国。此后,多次任务变更,环境变迁,他都能较好适应,完成了上级交给的各项任务,也使自己的专业面越拓越广。

漫漫征途,以军队与国家需求为己任

江南的人文气韵、情操节骨给郑颖人的心灵烙下深深的印记。他有很强的工作责任心,一生执着追求,敬业爱岗、锐意进取、精益求精,以军队与国家需求为己任。

即便在动荡的文革年代里,他依然保持着知识分子的本色。1969年,他在自编教材中提出了圆筒形分离式地下油罐设计计算方法,为国家节省了大量钢筋。1971年,他接受中国空军设计部门邀请,完成了软弱地层中掘开式飞机库的结构型式与计算方法的研究,开创性地解决了军事工程设计中的难题。1978年,他的“地下油罐结构设计”项目获得全国科学大会奖并获得先进个人称号,出席了全国科学大会。

出席全国科学大会归来,郑颖人没有在荣誉的光环里陶醉。面对中国岩土工程现状,他的头脑愈来愈清醒,思考愈来愈缜密,心情却愈来愈沉重。他对记者说:“科学研究,总是踩在巨人的肩上,那是继承,与国际争锋,拼的只能是创新精神。”

作为一名军队科研工作者,他重要的科研领域都在部队。由于军事工程的地域范围十分宽广,区域性土成为军事工程建设中的重要研究领域。他在主持的“湿陷性黄土地区机场跑道沉降原因分析及其修复技术”课题中,提出了“压实黄土虽然消除了原黄土的湿陷性,但在一般情况下,仍会遇水产生湿化沉降”的观点,揭示了山西某机场20年来沉降不均,多次翻修无效的原因。他参加了国军标《膨胀土地区营房建筑技术标准》的修订,完善了营房建筑膨胀土的判别标准。通过大量试验,他突破规范,提出了基于含水率变化的膨胀力和膨胀率的新概念,及其相应测试与计算方法。在某军用机场建设中,他还提出机场场道与边坡的膨胀土分级标准,以及膨胀土地基膨胀量的新算法,放宽了机场场道膨胀土填土地基原有设计标准,为工程节省了大量费用。

这些成果被民航设计部门作为机场建设的教材。成都双流机场二跑道在学习了他们的科研成果后,改变了设计方案,取得了节省7000万元的经济效益。

岩土工程处处充满挑战。十几年前我国对软粘土质的地基采用强夯处理屡遭失败,时年63岁的郑颖人主动揽下了这块“硬骨头”,承担了某军用机场软粘土地基的强夯处理任务。经过细致的理论分析和四次艰苦卓绝、规模庞大的现场试验,提出了采用人工排水和“先轻后重、逐渐加能、少击多遍、逐层加固”的强夯新工艺,在国内岩土工程界激起了一阵涟漪,被同行们称为低能量夯击法,获得国家科技进步二等奖。由于我国及国际上软粘土地基分布甚广,也符合当前填海造地的迫切需求,这项技术结合后人的发展在全国各地推广,而且在新加坡、印尼、越南等国家应用,为国家赢得了荣誉。

纵观郑颖人的科学研究生涯,他总是结合国家与军队的需要,适应工作环境的变化,不断地拓宽专业,翻越一个山头,又奔向另一个山巅,上下求索,突破一个又一个难关,在多个领域绽放出创新之花。

郑颖人进入后勤工程学院工作时,恰逢重庆的高速发展时期。重庆是一个秀丽的山城,山水相间,山坡林立,但也是一个地质灾害频发的地方。为适应这一变化,他又转入到边坡与滑坡工程防治领域与城市岩石工程领域。初到重庆时,他就打破了边坡支护结构计算岩、土不分的惯例,提出了岩石边坡支挡结构计算新方法,并与他人共同主持编制了重庆市地方标准《建筑边坡支护技术规范》和国标《建筑边坡工程技术规范》。

重庆可利用的平地不多,需要在浅埋隧洞的地面上修建高层建筑。于是,他提出了利用岩体与地下工程本身承载力的大胆构想,1992年,在四川自贡市仅有几米厚的浅层隧洞上,稍经处理后直接修建十层高楼,获得成功。为日后重庆市浅埋隧洞上修建几十层的高楼提供了样本,解决了困扰工程界几十年的建筑难题,比常规的跨越结构节省了投资,缩短了工期。在重庆市的世贸大厦建设中,他在基坑与地下洞库间采用最小的岩石间壁的研究获得成功,为大厦多开辟了近8000平方米的建筑面积。

求是创新,科学研究的不竭动力

“求是务实,探索创新”是科学工作者的追求与责任,也是郑颖人的治学格言。

该院政委宋海英说:“郑院士的求是创新精神,是我们全院教职员工一生取之不尽的财富。”

中国的岩土力学与岩土工程研究必须有所创新,必须有所突破!这是他一生的理想和追求,也是他对岩土事业深深的情怀和强烈的责任感。

探索,探索,不倦地探索是他的精神支柱;唯有探索,才能创新,是他的信念。他始终坚持,科学来不得半点虚假;人的认识是有一个过程的,需要不断的学习与继承、实践与感知、思索与升华,一步一个脚印,才能达到创新的境界,领略科学巅峰的无限风光。郑颖人自喻,作为岩土科研战线上的普通一兵,敢于创新,战斗不息;作为一名严谨的学者,求是务实,奋斗不止。

郑颖人不甘因循守旧。上世纪六七十年代,他就发现当时广泛应用于地下工程设计的普氏拱理论有很大的局限性,而被国际上弹塑性围岩力学新理论深深吸引,成为国内最早引入弹塑性围岩力学和锚喷支护理论的学者之一。1975年文革后期,他与同济大学合译了卡斯特奈的《隧洞与坑道动力学》,率先把这一理论引入到他编写的教材中,但当时国际上只有描述围岩支护压力与塑性区半径关系的芬纳公式,没有导出位移解,当然更无法算出围岩压力。1975年,他修正了芬纳公式;1977年率先导出了圆形地下结构的弹塑性与粘弹性塑性位移解,变形公式有了,变形与衬砌之间的关系也就推导出来了。这是我国首次提出基于围岩与结构共同作用的围岩压力计算法,从而揭示了锚喷支护的力学原理,从定量上解释了锚喷支护的柔性特征,更能有效发挥围岩的自承作用,为“新奥法”原理做了有力的理论注脚。1978年,他的论文《圆形洞室围岩压力理论探讨》油印稿被同行广为传阅。同年受第一届矿山岩石力学会议邀请做主题报告,还为水利系统举办的岩石力学会议做专题报告。1979年3月,这篇论文在《地下工程》杂志上正式发表,在业内引起重大反响,被广泛引用,并受邀在多个学术会议上宣讲。1978年,当国际隧道工程专家云集巴黎,指出有望在特征线法基础上获得地下结构设计方法时,郑颖人已把围岩压力的理论解推导出来了。

上世纪80年代初,当时国际上还没有明确的岩土塑性力学这门学科,但岩土本构模型研究已经十分活跃。郑颖人在岩土领域的研究中,逐渐发现岩土的塑性是岩土力学的灵魂,他决心写一本既有岩土特色,又有力学系统的岩土塑性力学著作,开拓岩土塑性力学及其本构关系的研究。

那段时间,郑颖人独守方寸,驰骋在岩土理论王国,如饥似渴地读书、查阅资料,吸收国内外岩土研究的最新成果。1982年底,他撰写完成了《岩土塑性力学基础》油印稿,归纳和发展了岩土塑性屈服准则,应变空间、多重屈服面塑性理论与岩土本构关系。该讲义的出版在国内起到了启蒙作用,也产生了轰动效应,在西安、重庆、北京举办了三次学习班。国内著名大学的一些博士、硕士生都托人来索取讲义或进行复印。1987年,该书增加了龚晓南教授撰写的岩土极限分析内容后,在建筑工业出版社出版。1992年,《岩土塑性力学基础》获得水利部优秀科技图书一等奖,在岩土界和力学界被誉为“国际水准的教科书”。接下来,郑颖人在同行与朋友们的鼓励下,又对经典塑性力学与岩土变形机制间的矛盾开展了深入研究,取得了很大进展,终于发现经典塑性力学已经作出的三个基本假设:一是采用一个传统塑性势,二是采用了关联流动法则,三是假设应力主轴不旋转,对岩土材料变形特性都不适应。他认为必须消除这些假设,才能将传统的塑性理论发展成为岩土材料和金属材料都适用的广义塑性理论。据此,他建立起不同于经典塑性力学的岩土塑性力学,在经十几所院校作为教材试用后,在“国家科学技术学术著作出版基金”资助下,先后出版了合著《岩土塑性力学原理》与专著《岩土塑性力学》。

郑颖人对岩土材料的屈服与破坏做过深入研究,对不同情况提出不同的屈服准则。近年,他又导出了基于严格的力学理论的岩土三剪能量屈服准则,形成了材料的屈服准则体系。国际著名的屈服准则,如莫尔—库仑准则、米赛斯准则、屈瑞斯卡准则、德鲁克—普拉格准则等都是这一准则的特殊情况。最近他又向着新的目标——岩土材料的破坏准则进军和冲刺。

尽管他专业面很宽,创新领域很多,但他深深地认识到,既要敢于创新,又必须求真务实,治学必须严谨。郑颖人常对自己的学生说,对取得的成果,既要不断地验证,经得起实践的检验,力求做到本人及同行都确信不疑,不留疑点,又要不断地宣传,出手要快,及时传播新的理念,推广新技术,并听取反馈意见。他认为学习和研究都有一个过程,知识不断更替、创新,因而必须有与时俱进的思想,要研究知识的变化,敢于修正自己的不足,甚至是错误,在科学面前是人人平等的。

学用相长,让理论与实践相得益彰

郑颖人的一个重要特点,就是既注重学术理论的研究,又注重理论的实际应用。他认为理论是创新的基础、创新的灵魂,岩土理论是岩土工程发展的基石。科技研究的目的是为了应用,为了强国富民,因而必须尽快将理论转化为先进技术,化作生产力服务于社会。作为科学家,不仅要提出一个方向,更要学会应用理论去分析实际问题、解决实际问题。

近十几年来,郑颖人潜心研究了有限元极限分析法的理论与应用,并作为他晚年的主攻目标。他发展与完善了辛克维兹提出的有限元强度折减法与超载法,不仅能求得岩土的稳定安全系数和极限承载力,而且能求出岩土的破坏位置与形态。这种方法能极大地推动岩土领域多方面的技术进步,有助于开拓技术创新。他把理论迅速运用到边(滑)坡、隧道、地基、基坑和抗震等多个岩土领域,革新与完善了设计计算方法。

郑颖人将有限元极限分析法新理论用于地质灾害的防治与预警预报工作,对抗滑桩的设计进行了重大改革,率先提出了抗滑桩合理桩长的设计计算方法,指出了目前抗滑桩设计既不能保证滑体不出现越顶,又会造成巨大的浪费。5年来,这项理论已在重庆市5个大型工程中应用,仅在武隆县滑坡一项治理工程中就节省工程费用6000余万元,经济效益十分显著。目前,正在应用新的理论进行三峡库区滑坡预警预报的研究,提出了应用理论计算的位移—时间曲线与监测的位移—时间曲线对比,以确定滑坡当前的稳定安全系数,为滑坡预警预报提供了可靠依据。这种方法正在三峡库区的某些滑坡预报中试行与发挥作用。

1982年,郑颖人总结归纳了在围岩压力方面的研究成果,与同行合著出版了《地下工程围岩稳定分析》著作。国内的一些专家认为这是一部地下工程的经典著作,上世纪80年代许多研究生都读过这部著作。时至今日,许多当年的学生还对这本书怀有深厚的感情,一些读者至今仍要求作者修改再版。

2004年,郑颖人和他的学生首创性地应用有限元强度折减法革新了隧洞设计计算方法,有力地推动隧洞设计水平再上新台阶。他们把近年研究的有限元极限分析法应用到地下工程计算,首次提出了地下工程围岩安全系数,从此围岩有了严格力学意义和明确统一标准的稳定性定量指标。随后他们又通过模型试验与数值分析,系统地揭示了隧洞从浅埋到深埋的破坏机理全过程,由此提出了土质与岩质隧洞的合理设计计算方法。这是围岩压力理论一次质的飞跃,使数值计算进入数值极限计算,为地下工程设计提供了理论基础。这一算法已在重庆市浅埋隧洞上修建高层建筑的工程安全评估中应用。

据了解,应用有限元极限分析法提出了地震作用下边坡与隧洞的完全动力计算方法,能充分反映岩土与结构的动力效应,比当前国内外广为应用的时程分析法又前进了一步,并得到了振动台多次试验的验证。

由于有限元极限分析法的高度实用性引起了国内工程界的广泛关注,郑颖人的论文被广为引用。2009年,他的论文引用率在全国百名作者排行榜上排名第12位,在全国力学行业排名第一;相关的两篇论文入选“2008、2010年中国百篇最具影响国内学术论文”,一部合著入选“三个一百”原创性图书,并获政府出版奖提名奖。为了推进这一方法,他今年又推出了《有限元极限分析法及其在边坡中的应用》新著,系统的阐述了该法的理论与应用。

近年来,郑颖人把重庆市三峡库区地灾防治与预警预报和城市岩石工程,定为他晚年工作的重心,让自己的理论研究更多地服务于西部人民。

默默奉献,岩土工程领域的不倦追求者

有人对郑颖人50年的岩土教研生涯作了概括:“执着追求,淡泊名利,潜心科研,默默奉献,一心扑在科技事业的发展上。”郑颖人一生中也一直以“人是要有些精神的”这句名言激励自己。记者感受到,这正是他工作的毅力与耐力所在。

郑颖人就像是一块岩石,一片土,既能铸成梁,亦可铺成路。他给人印象最深的是那种锲而不舍的毅力和永恒的“岩土精神”。

该院院长李建评价他:“郑院士一生都在孜孜追求科学真理,像火炬一样,走到哪就燃烧到哪……”是的,郑颖人将生命燃成火炬,在岩土工程的多个领域点燃了一团团旺火。

他的学生孔亮说:“郑老师是我的恩师,不仅在我面前开启了一扇通往科学研究的大门,使我领略了在浩如烟海的岩土工程领域进行研究的魅力,而且使我树立了一生致力于岩土塑性力学理论与工程应用研究的理想和信念。郑老师亦是我的良师,无论是在学术和科研方面,还是在精神追求、立业做人方面,他都给予了我源源不断的滋养。郑老师用他的人生实践和教导,使我们秉承了他‘踏实做学问、淡泊看人生’的精神衣钵。”

学生徐军,在谈到恩师时,激动不已:“郑老师开了导师与研究生之间民主自由学风之先河。在他面前,我们没有代沟,你可以就学术问题争吵、辩论,无所顾忌;在他的办公室、家里,常常可以看到、听到热烈的辩论。这个自由的学术空间给得多大啊!”

学生陆新发自肺腑地说:“郑老师既教我专业的学问,更教我做人的道理。一次,郑老师去北京参加一个学术会议。临行前一天,他腰痛病犯了,几乎不能站立,我们都劝他晚两天去参加。他却说,做人也是做学问,答应人家的事,就得兑现承诺。望着导师勾背弓腰上车的身影,我们无不感慨。”

《岩土工程界》杂志社社长苗国航说:“郑教授给我们的感觉很宽容、平和,心静如水、淡泊名利,一心一意育人、做学问。”一次会议中,孙钧院士当着全体大会人员给他做了一个评价:“潜心科研,默默奉献。”

……

科学无涯,岩土常青。虽已耄耋之年,但郑颖人壮志不减,带领年轻人勇往直前,奋斗不止……(人民网军事频道 照片提供:郑雷)


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