沈珠江:科学人生

发布时间:2012-06-25

沈珠江(1933 ,浙江慈溪人,岩土工程专家。1953年毕业于华东水利学院,1960年获莫斯科建筑工程学院副博士学位。南京水利科学研究院高级工程师,清华大学水利水电工程系教授。1995年当选为中国科学院院士。早年建立了土体极限分析理论,提出了软土地基稳定分析的有效固结应力法。70年代后提出过多重屈服面、等价应力硬化理论和三剪切角破坏准则等新概念,建立了两种新的弹塑性模型,发展了有效应力分析方法,开发了六个有限元分析程序,广泛用于大型土石坝工程的计算。近年来又开辟土体结构性模型研究的新方向,提出了新的胶结杆元件和一种基于损伤概念的双弹簧模型,并就建立现代土力学的基本框架提出自己的构想。

踏进幽静的清华园,一股书卷之气扑面而来。笔者走进沈珠江先生的办公室,见到计算机闪烁的屏幕上不断地跳跃出各种符号,沈老手里正拿着一叠上面密密麻麻地用铅笔改满了的程序草稿。不知有多少个日夜,沈老像这样或坐于书桌前或坐于电脑前,神情专注地钻研项目。笔者和沈老交谈时,略显消瘦的沈老精神矍铄,态度亲切而真诚。

沈老从事的土力学研究,是土木、水利的基础学科。任何建筑工程均由上部结构和下部基础组成,土力学就是研究下部基础能否承受上部结构荷载的一门学科。“九层之台,始于垒土”,基础的重要性不言而喻,不管是高楼大厦,还是大坝、河堤,如果没有基础的保证,一切只能是水中倒影、空中楼阁。沈老以极大的责任感和仔细严谨的科学态度,把汗水和智慧融进了国家的各项大工程:渤海湾的钻井船台、上海港码头、三峡深水围堰、黄河小浪底枢纽、云南鲁布革水电站、宁沪高速公路……演绎着一个个多彩的篇章。

不懈创新 学术硕果累累

“无限风光在险峰”是沈老非常喜欢的句子,也是沈老一生工作、学习、生活的真实写照,他总是以这种精神和人生态度登泰山而览美景的。

沈珠江长期致力于岩土工程的研究工作,经过自己不断的学习、摸索,在土力学理论研究方面提出了一系列新的理论和概念,在软土地基和土石坝工程实践中对设计计算提出了开拓性的方法。沈老的深厚造诣和丰硕的成果得益于自身的努力,“培养逻辑思维能力;善于从结论追溯到前提;多读书,增加知识面”,一步步攀登着座座险峰,而我们总能看到他挺身而立于险峰之上,目光深远,凝望着下一个险峰。

“南水模型”是沈珠江学术研究中的一座丰碑。很长一段时间内,国际上土工数值计算通用的是由美国土力学家邓肯创立的“邓肯模型”和英国剑桥大学学派创立的“剑桥模型”。沈珠江在实践中深感到它们不能充分反映土石料特性,计算结果与实际的距离较大。他从土体弹塑性本构关系入手,充分考虑土石材料的剪缩性和主应力方向的改变,提出了“多重屈服面”,“等价应力硬化理论”和“三剪切角破坏准则”等新概念。在此基础上建立了新型实用的“土体弹塑性本构模型”。这个计算模型70年代末诞生在南京水利科学研究院,因而被土工界称为南水模型”。沈珠江和他的同事们运用“南水模型”开发了土石坝总应力法应力应变分析计算程序,土工建筑物有效应力法地震反应计算程序等十几个土工计算专用程序,为国内三峡工程深水围堰、天生桥一级电站等40多项工程建设做出了显著的贡献。70年代计算机还很少,华东地区仅上海有,每次计算都要跑到上海。由于需求量太大,而计算机只有一台,常常是不得不排队等候,排到晚上就晚上干。可偏偏这台机子还不稳定,经常出错,常常弄得他整夜不能合眼。沈老就是这样年复一年,日复一日地埋头苦干,不断在科研上取得成就。

沈珠江在实践中学习,在学习中实践,不断完善提高自己。1960年莫斯科建筑工程学院研究生毕业归国后,他先后参加了上海港码头变形治理、渤海湾海洋钻井船稳定性等重大项目的研究。当时年轻的沈珠江工作不知疲倦,思路又开阔,不但在工程实践中提出了软土地基稳定计算的有效固结应力法等,而且还在理论研究方面屡有建树。他把苏联学者的静力分析理论和美国学者的运动分析理论结合起来,建立了土体极限分析理论。

正当沈珠江同广大的中华热血男儿一样投身于祖国的建设中时,“十年动乱”开始,他在为渤海湾海洋钻井船的样品船下水夜以继日地奋战的研究工作被迫中断。他和参加这项工程的权威专家一起被赶了回来,沈老下放到了江苏的仪征县农村。那时沈珠江33岁,还没有“反动学术权威”的资格,只能戴上一顶“走白专道路”的帽子。

然而,实践证明,贴大字报、喊口号都不能解决大坝裂缝、码头沉降的问题。“文革”后期南京水利科学研究院设法将沈珠江接回南京,使他有机会又开始了科研工作。进入80年代,国民经济飞速发展,大到三峡工程,小到居民住宅,建筑业迎来了最繁忙的年代,也为土工研究打开了广阔的思维空间。沈珠江的目光密切注视着世界土力学研究的前沿性课题。

多少年来,土力学研究工作总是在与土石建筑物的破坏作斗争。由于认识和手段上的原因,人们只能设想受力后土体的某个部位、某个层面一下子被破坏了。这样的分析方法不能解释实践中提出的很多问题,于是又采用经验的方法修正、完善补充。沈珠江从兄弟学科——损伤力学中找到了研究土体破坏的新视点:沙土颗粒是松散的,粘土颗粒是相互粘结的,土体也存在着结构。显微镜下的土体结构表明,在宏大的土石建筑物受力后也是局部一点一点地受损伤,积累到一定程度才会在宏观上显现出来。把损伤力学引入土力学,就能模拟分析地震后大坝坍塌的过程或水库蓄水后坝体变形乃至开裂的状况。这样建立的数学模型,比过去的经验公式更精确更完整也更合乎实际。

沈珠江是1988年带领研究生开始进行这方面探讨的。他们已提出了可描述材料脆性破坏的胶结杆元件,并在此基础上建立了描述结构性粘土、黄土和紧密砂土的非线性损伤和弹塑性损伤模型等。有资料表明,国外90年代初才开始有这方面的报道。

非饱和土是沈珠江的另一个关心的焦点。他发现,可能是经济发展总是从沿海向内陆延伸的原因,世界各国土力学界对吸足了水分的饱和土研究较为集中,饱和土力学已经比较成熟。而非饱和土的研究相对跟不上,工程实践中的失败屡屡向科技工作者敲起警钟。“九五”期间我国将建设“南水北调工程”,其中丹江口到北京的总干渠工程就在非饱和土区域内,中间又有100多公里是容易滑坡的膨胀土地段。对非饱和土的研究跟不上,一旦干渠通水,工程安全将受到严重威胁。沈珠江先后带领两名博士生开始了对非饱和土的研究,内容涉及到非饱和土的本构关系、广义固结理论、二维广义固结计算方法、膨胀土与黄土特性等,为承接“九五”国家科技攻关项目“南水北调总干渠工程的边坡稳定”作好了理论上的准备。

19959月,国际首届非饱和土研究会议在法国巴黎召开,沈珠江是我国出席会议的2位学者之一。他带去的论文是《折减吸力及膨胀土的简化固结理论》。中国科学家在土力学发展前沿课题的研究方面,也占据了一席之地。

所谓“五十而知天命”,沈珠江错过了科学家的第一黄金年龄段,却紧紧抓住了第二青春。他的经验、造诣和开阔的视野使他既有深入微观世界的眼光,也有宏观瞻望的实力。进入90年代,他的学术水平跃上一个新台阶,登上了全面把握和整体俯视的更高层次。

1992年底中国力学学会岩土力学专业委员会在广州召开学术会议,沈珠江在给与会的岩

土力学研究生们作学术报告时,提出了建立现代土力学的设想。他认为土体逐渐破损、非饱和土固结、液化破坏3大基础理论和理论、计算、工程、实验、应用这5大分支,将构筑起21世纪岩土力学的框架。

自信严谨 主编岩土学报

由于沈珠江在岩土工程方面的深厚造诣和丰硕成果,1994年他当选为中国水利学会、中国建筑学会等6学会学刊《岩土工程学报》主编,在担任主编期间秉承“促进学科理论的发展,促进海内外学术交流,加速学科成果向现实生产力转化”的办刊宗旨,注重论文质量,并以他多年从事岩土工程方面的实际经验,带领着《岩土工程学报》一步一步地走向成熟,走向成功。自197912月创刊并出版以来,在中国土木工程学会、中国水利学会、中国力学学会、中国建筑学会、中国水力发电学会、中国振动工程学会联合支持下,经过20余年的发展,《岩土工程学报》它已经成为我国岩土工程界广受欢迎的大刊,于1992年、1996年、2000年连续3次被评为建筑类、水利类2个学科的全国核心期刊,位居工程技术类科技期刊前10名。沈老面对这些成绩非常坦然,作为一个专业性非常强的大刊主编,身上的担子不轻呀!经常,沈老会坐在书房里,面对一大堆经过审核后的稿件和意见,逐字逐句地审阅,对于一个已近70,又动过心脏手术的老人来说,这是多大的工作量呀!《岩土工程学报》不同于《水利学报》、《土木工程学报》等综合性强的刊物,这些学报涉及的学科太多,非常庞杂,一个主编不可能各方面都精通,难免会出些纰漏,也是能够理解的。但是《岩土工程学报》却不同,它是一份专业性的刊物,它的主编是多年从事这方面工作研究的专家,如果再出现什么错误,就说不过去了,从这一点说,沈老的责任更大了。但沈老自信地面对这些挑战,从评审开始就严格把关,保证论文的质量。“通过严格的把关、审稿,大约有1/201/10已初步决定录用的稿件会查出有明显错误,这些文章是绝对不能通过的。”沈老还特别提到一些常识性错误的论文也是存在的,像与物理学上永动机问题类似的岩土力学上的问题仍然有人在浪费时间和精力,这些都是违反基本科学原理的。沈老说,学术上的不同观点不是不可以讨论,但原则上的问题是马虎不得的。《岩土工程学报》要起到导向的作用,绝不能刊登这些文章。

忧国忧民 关注国家环境

作为一名知名学者和人大代表,沈老不仅仅在他的主业上兢兢业业,不断创新,而且还关注国家的发展,关注社会,以他的睿智、经验和对祖国的爱,不断做着他自己的努力。

近些年来,沈珠江写了一些文章,广泛关注着现代中国环境问题。洪泽湖,位于江苏省洪泽县西部,发育在淮河中游的冲积平原上,原是泄水不畅的洼地,后潴水成许多小湖。在我国秦汉时代,它们被称为“富陵”诸湖。其中以洪泽湖最大,面积2069平方公里,为我国5大淡水湖中的第4大淡水湖。由于洪泽湖发育在冲积平原的洼地上,故湖底浅平,岸坡低缓,湖底高出东部苏北平原4~8米,成为一个“悬湖”。在治淮以前,洪泽湖汪洋一片,既无固定湖岸,又无一定形状。参照对淮河的治理,对洪泽湖也进行了整治。现在湖区的东部大堤宽50米,全长67公里,几乎全用玄武岩条石砌成。远远望去,宛如一座横亘在湖边的水上长城。这条长堤不仅保护着下游地区的万顷良田和千百座村镇,而且拦蓄的丰富水源为航运、灌溉提供了便利。

沈老在人们长期关注洪泽湖泄洪问题的时候,提出了严重的干旱可能会造成洪泽湖的生存危机问题,认为应该对其水灾和旱灾引起同等重要的关注,泄与蓄要兼顾兼施。沈老的担心不无根究,在2001年的空梅和伏旱的持续旱情下,洪泽湖平常可以拥有的40亿~50亿立方米湖水量剧减为2亿立方米湖水,仅湖心部位能见到残存的湖水,鱼类大量死亡,湖底大面积干涸、开裂,一个偌大的淡水湖竟然濒于消失。沈老提出开辟入海水道是治理淮河与洪泽湖的根本举措,采用蓄泄兼施,淮水在湖外分流;清淤掘底,增加蓄水量;整治湖口,淮河洪水畅流入湖;防治污染,保护水环境等措施,才能使苏北大地上的洪泽湖不再出现生存危机,并保持常年的秀美。

黄土高原由于环境的破坏,生存条件急剧恶化,自国家提出可持续性发展战略以来,黄土高原的可持续性发展问题更成了焦点。沈老对近期中国科学院生物学部向国务院提出的《黄土高原农业可持续发展研究和政策建议》中的“在黄土丘陵坡部位建立以梯田为主的基本农田……”说法有着不同的看法,认为在黄土高原地区不宜再修建梯田,因为梯田只适合于雨养农业,难以发展灌溉农业,不可能做到稳产高产;田块面积小,不适宜现代化耕作;梯田只改变局部坡度,总体坡度不可能改变,免不了受大雨冲刷。沈老提出要大力建设沟坝地,以沟坝淤地,包括河滩平地,作为基本农田;缓坡丘陵地集中建居民点发展畜牧业;陡坡和山顶发展生态林业;采用新技术和新材料修建淤地坝。

踏实高尚 堪为学子楷模

沈老出生在一个贫穷的家庭,童年艰苦的生活,以及年轻时下放农村的辛苦劳动,饱尝艰辛,使得他养成了节俭的好习惯,一直在生活、工作中体现着勤俭节约精神。笔者拜访沈老时,看到一张张用过的文件纸反面都用来计算、写文章,一张纸要写到不能写了,才丢进纸篓。就在这一点一滴中,体现着他的品格。

沈老钻研业务可以说到了废寝忘食的地步,心无旁骛,一心扎进科研。有一次沈老单位发了一袋花生米,他爱人就让他炒一点儿,沈老便拿着报纸,一手握着铲子炒了起来。也不知道过了多长时间,他的爱人闻到了一股香味,还略带些焦味,一想才知道正在炒花生米。而此时沈老正站在锅前聚精会神地读着报纸,另一只手还在翻炒着已经焦了的花生米。还有一次在炒菜时,沈老由于长期从事科研工作,很少干家务活,竟然在加盐时把味精加了进去。即使是在他因病动手术后,老人也没有躺在家里休息,却每天坚持半天的工作量,忙碌于会议、教学、科研,参与南水北调和西电东送等一系列工程的研究。老人深情地说:“我能继续工作了,自己想做很多事情,可光靠自己不行了,精力有限,只能努力传给下一代,让他们去做了。”老人深邃的目光中写满了期待。

沈珠江思维活跃,做什么事情都不拘泥于定式或别人的影响,他不想模仿别人做的事,喜欢独辟新径。这种人生态度不仅在他的主业——土力学理论研究方面得到了充分的发挥,而且在他的生活中和他所涉猎的其他副业方面也有着淋漓尽致的体现。

50年代,那时沈珠江还在大学里读书,国家正进行文字改革,报刊上发表了不少文字改革方面的文章。沈珠江当时看了一些书,对这个比较感兴趣,就自己干了起来,终于想出了一个方法。中国汉字最大的问题就是同音字问题,用拼音一拼是一样的,很难区分。沈珠江就采用了“偏旁加拼音”的方法来有效区分,“比如说长江的‘江’和你们姜校长的‘姜’,拼出来一样。如果在‘江’的拼音前加个三点水不就区分开了吗?”沈老似乎又回到了当年,脸上充满激情,“不过呢,后来发现这个方法早在30年代就有人提过了。但是这件事给了我很大教训,无论做什么事,一个呢,要敢于发现问题,一个呢,要继承前人,要站在巨人的肩膀上创新。”沈老神情凝重,似乎陷入了沉思。

“文革”期间,没有了研究工作,整天不是开会就是闲着,习惯科研的他尽管已经没有工作可干,但这并不妨碍他思维的活跃,相反在这样的喧闹浮躁的环境中,他为自己构筑了一个宁静的活动空间。偶然有人发现他在冷落的库房里看资料。不止一人知道开大会他坐着的折叠式小板凳是他自己闲时制作的。下放仪征时,他发现当地人不会种菜,便搞来种子,在房前屋后种起了毛豆、茭白、黄瓜,农民反而拜他为师。不久他又学起了针灸,并给农民治些小毛小病。消息传出,远近的人都来求医。直到妻子担心他治错了病,他才收起了银针,却又搞起了“920生长素”……

在那样的年代里,不能不“研究”点什么,不能不给自己创造点“突破”,哪怕是学会把废木条钉成一只板凳,哪怕掌握某个穴位的秘密。只要是自己没尝试过的,都有可能使他沉迷,都能成为他精神的寄托。

在南京水利科学研究院时,工程研究设计单位都推行了自负盈亏的新体制,可是沈老领导的课题组进行的是数值分析研究,理论性强,科技含量高,开创性工作量大,经济效益往往很差,加上他不谙经营之道,所以他们接受的项目不是经济效益差的,就是周期长、难度大的“硬骨头”。特别是自然科学基金项目和国家科技攻关项目,经费不宽裕,意义却很重大。沈珠江总是从国家需要出发,向来不讨价还价。由他负责的“八五”国家科技攻关项《高土石坝动力分析及抗震工程措施研究》,是一项基础性研究,又关系到强震区200米级高坝的建设。沈珠江带领课题组的同志努力攻关,并且组织领导了全国6个科研院所与高等院校的20多位专家一起奋战。这个项目工作量很大,他一再提醒大家要认真、仔细,丝毫不能马虎。经过5年研究,提出了完整的动力分析方法与地震破坏准则,为瀑布沟、小浪底、吉林台、紫坪铺、大柳树5个国家重点工程设计提供了技术依据,得出了碾压混凝土加固对减少坝体震陷和降低面板应力效果最为明显的结论,为我国强震区建设200米级高面板堆石坝提供了可靠的依据。

沈老在学术上的钻研创新精神和踏踏实实的作风、对同事学生的关心爱护和他以国家利益为重不计报酬的品德赢得了人们的敬重。

在河海大学,许多学生从老师的讲课中、从学术刊物中的文章里了解了沈珠江。研究生做毕业论文答辩,都希望有沈教授参加评审。有了他的意见,论文的学术价值便能得到准确而中肯的评价。然而他们又怕沈教授参加,因为沈教授既能提出方向性的意见,也会一针见血地找出毛病。其实沈珠江对学生要求尽管严格,可对后辈一向是关怀备至,从来不摆专家、前辈的架子。对于来访的人,不管是生面孔还是老同行,不管是初出茅庐的学者还是已有声望的专家,他都一视同仁,不厌其烦。一次,大连某单位的一位博士生要向沈老请教一些饱和土研究方面的问题,正遇上沈老出差,学生宁愿留下来等他。沈老出差上午归来,下午便和这位研究生会面,2人交谈了一个下午。学生满意地走了,可他那里知道,沈老第二天又匆匆踏上了又一次出差的旅途。由于频繁的出差,常常有一些信件积压得不到及时回复,沈老回来后就加班加点补上,生怕耽误了时间。在沈老的严格要求和热情培养下,他指导的研究生在各自的领域内都有所建树。

结束语

笔者仿佛走进了沈老的过去,感受着真正的学者的渊博的知识,分享着一位老人的人生经历。慢慢地,随着时间与空间的转换,一幅幅完整的画面展现在我们的面前,它漫长而且辉煌。这是一条饱含艰辛的学者之路,这是一条令人钦佩的成功之路,这是一条永不止息的求知之路,这是一条拼搏进取的奉献之路。这向我们展示的是多么宏大的人生画面呀!40余年的科学人生,是沈老对科研的爱的浓缩!

现在沈老依旧忙碌,教学、科研、审稿、开会,你总能看到他忙碌的身影。笔者与沈老匆匆会面之后,他就又忙着去参加人大代表的会议了,他努力尽着自己的一份力量为祖国和人民做工作:关心国家的环境问题,关心立法的问题,关心计算机网络问题,这一切都体现着沈老的人生格言:永远不满足于现状——对自己,对国家,对社会。生命的价值在于奉献,只有奉献的人生才是永恒的人生。有限的生命在他的笔下熠熠生辉,在他面前的微机键盘上不知疲倦地跳跃。正值我校建校87周年之际,沈老挥毫寄语:“河海学子,争创一流”!

(张艳江 罗文可)

来源:《群星璀璨》   编辑:吴富伟   责任人:    字体:[] [] []   打印

最近更新