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新闻动态
葛修润

攀世界科学高峰
作者:上海交通大学新闻网  日期:2012-06-10  来源:学者声音  阅读:41417

 

  继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从2011年10月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。

 

  ■ 从事科研要怀抱“急国家之需,为国争光”的理念。

 

  ■ 科学研究既要很好学习和分析前人的成果,更要探索尚有哪些不足,用创造性思维加以改进,常能形成新的研究成果。

 

  ■ 从事科研的人应该有种韧性,对重大项目要敢于长期坚持不懈,要有打持久战作风和不屈不挠的精神。

 

  ■ 既要以科学创新做好科研,也要有将于国于民有利的成果用于实践而奋斗的决心。

 

  ■ 科研工作者要以攀登世界科学高峰为己任。

 

 

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  我1959年秋从前苏联留学归来后由国家统一分配来到中国科学院武汉岩土力学研究所工作。自1998年起有机会回到我的故乡——上海,在交通大学担任岩土力学与工程研究所所长。

 

  在五十多年的科研生涯中取得过一些微小成绩,但也尝到了科研工作的艰辛和困难。在科研这一条艰苦曲折的途径中为什么能坚持下去,努力向前,我想最重要的支撑力无非是那一条朴实的想法:国家培养我这么多年,要我在科研岗位上工作,我一定要用全力去探索,一定要为国争光。

 

 

 

  急国家之需,为国争光

 

 

  回想文革期间,我个人生活相当困难,由于家庭社会关系和当时的环境,本来同在武昌市区工作的我和我爱人从1970年起被迫两地分居九年。我个子很高,自苏联回来后由于粮食定量低,长期处于营养不良,严重浮肿,体质很差。1964年在某矿山搞科研,在工地上感染了肝炎,虽经治疗但一直未能痊愈。在1971年当我得知国家和我们研究所急需将世界上最先进的应力分析法——有限元法引进并用于岩土工程课题时,我积极主动多次请求领导能让我参加这方面的科研工作。当时我国已经独立自主研制出三台晶体管式的计算机,其中一台名叫“X-1机”安装在武汉大学数学所,当时我所有三个小组被批准从事有限元法研究,我领导的一个小组就是其中之一。由于我政治条件不够,我不被批准能直接进入“X-1机”大厅进行操作和运算。即便这样我也不计个人得失,抓紧白天和晚上时间学习该计算机的说明书和操作指令,以及有关有限元的一些文献。傍晚在蜂窝煤炉上熬中药吃,也不知烧坏了多少个药罐子。经过连续三四个月的苦斗,以我为主的这个小组在没有可参考程序的情况下用“X-1机”的指令,编写出了平面问题有限元线性和非线性程序。在调试程序和算例时,我只能靠边站,由组内同事带着穿孔成纸带的程序和数据到计算机上去“通”。他们把发生的错误信息和问题再带回来,我与他们一起来分析、判断、找问题和错误,然后修改程序和数据纸带,这样日以继夜的工作终于在1971年底前调通了程序和数据。对我国西南地区某大型地下火电厂三个硐室群的平面变形问题进行了线性和非线性计算,此成果被国内同行们公认为我国将有限元分析用于大型地下硐室群分析的首例。

 

  提起这段往事我想讲的是我们从事科研的人应怀抱“急国家之所需,要为国争光”的理念。这样才能有很大动力去排除困难,不断向前。精神的力量是巨大的。这种理念并不是老生常谈,即便在改革开放年代,在强调市场经济价值和重视个人经济收益的时候,还是要强调这种理念的重要性,因为我国是社会主义国家,社会主义市场经济模式仍然需要有正确的精神支柱。

 

  科学研究中的继承与创新

 

  这方面我举一个有关将医用CT-X光机应用于岩土力学试验方面的例子。当我接触此课题时,前人已取得了某些成果:他们将岩石试件作三向压缩试验,当加载到一定阶段,将此岩石试件放到医用CT机上去扫描,然后再把岩样放回到岩石试验机上重新加载到更高的荷载水平,再去扫描。这样的科研成果无法取得连续的全过程情况,也不能取得实时的情况,多次加载卸载的情况更不符合简单加载条件。我经过数个月的思考和探索形成了一个创新性构想,即需要研制一台小型的岩石力学三轴压缩试验机,可以放置在大型CT-X光机的病员床上。这样岩石力学试验机在进行全过程试验时可以同步和实时地测到试件内部从细观力学角度的各种微细变化过程和CT值变化数据。我这一创新性设想提出后,得到有关的国家重点实验室的大力支持,我主持该项目的设计,又在很短时期内调试成功。这项创新性成果为岩土力学试验技术方面提供了一项先进的无损探测技术,并架起了宏观力学特性和细观力学性能之间相互联系的一条桥梁。

 

  从事科研要有股韧性

 

  许多重要科研成果表明,人们常常需要经过较长时间的努力奋斗才能取得结果。因此,培养能长期坚持不懈和不屈不挠的精神对一个科研工作者来说十分重要。从二十世纪六十年代初,即文革前我就开始接触到一个重要课题——名叫抗滑稳定分析理论与方法。目前常用的方法就是刚体极限平衡分析方法,此方法的发展已有近九十年的历史,虽有许多优点,但我经过思考后感到尚有很多不足之处:必须采用强度折减方法和迭代算法。近年来即便逐步采用近代数值方法,但仍然必须采取强度折减法原理。

 

  我从二十世纪六十年代初在从事武钢大冶铁矿南邦边坡稳定研究时就已经开始感觉到这一严重的问题,并立志想改变这个现状。当时作了一些局部的改进,提出了一种方法叫Ks法,它可以不作迭代计算也不需强度折减直接算出抗滑稳定安全系数。在当时文革政治环境下我不被允许发表学术文章,只许可与各有关兄弟单位作一些业务交流。Ks法就这样交流到有些兄弟单位了。后来才发现有人用Ks法的实质内容,但改了方法名称,成为二十世纪七十年代以后国内当时唯一与国外一些流派可并列的一种抗滑稳定分析方法。在文革期间,我没有条件继续发展这方面工作,直到文革结束后我获得了联邦德国洪堡基金会研究奖学金去西德进行两年研究后再回到国内时,在时隔十六年后即在一九八三年自己又继续对这样的课题作进一步深入研究,并提出了不采用强度折减原理的抗滑稳定分析研究新方法的一些原则,并推导了一些核心公式。由于当时其他研究任务很繁忙,没有许多时间专门来搞此课题,但仍然一直放在心中,有一些时间时就作一些思考和探索。直到2005年开始正式提出了抗滑稳定分析新方法——矢量和法的名称和内容,并在近几年连续指导了两位博士研究生写博士论文。2008年在由五个学会联合举办的学术刊物《土木工程学报》“黄文熙讲座”上写了有关矢量和等问题的讲座报告。回顾这一课题的研究断断续续地进行了近五十年,终于取得了硕果,如果半途而废,显然得不到今天这样的成果。

 

  让科技更好地造福于民

 

  下面我谈的是对国宝白鹤梁实施科学保护方面的一些切身体会。

 

  白鹤梁是一座天然石梁,位于长江涪陵段靠近南岸的深水航道旁,被联合国科教文组织誉为“保存完好的世界唯一古代水文站”。1988年国务院将白鹤梁列为国家级文物保护单位。

 

  白鹤梁题刻在科学、历史和艺术方面都具有极高价值。三峡水库建设时,一定要保护白鹤梁,这样的共识不难达成,但困难的是如何保护。“水晶宫”方案是二十世纪末热议的保护方案,在白鹤梁古水文题刻上罩上一个巨型的保护壳,内部将水抽干,此方案不但耗资巨大,更主要的是极不安全,因为壳体外表面承受40多米水深的巨大压力,建造过程中或营运过程中一旦形成有小的损伤隐患都可能导致灾难性后果,更为严重的是历史上长期处于水中的文物题刻将处于空气中,不多久必然彻底损坏。此方案在二十世纪末被彻底否定,代之而起的是“异地陈展”(假文物),“就地淤埋”(真国宝)方案:以1:1比尺复制白鹤梁题刻陈列于建在三峡水库库岸的博物馆,在旁边再建白鹤塔等。而原文物将随三峡水库库底的泥沙自然淤积,三十年后将深埋于二十米厚的淤沙之中。此方案实际上已经得到国家主管部门首肯了,并将在2001年2月24日在涪陵召开的白鹤梁保护会议上通过后付诸实施。

 

  我有幸参加了2001年2月24-26日的那次会议。我事先仔细研读各种方案资料,感到方案存在很大弊病。在2001年2月的会议上我积极提出了以无压容器(即保护壳体内有水并与江水压力基本相同)为基本原理的白鹤梁古水文题刻原址水下保护方案。此新方案一经提出立即得到全体评委的赞同,但是在场的主管此事的国家有关部门领导同志都不敢表态,他们对我说:“葛院士,如果前几年的会议您能参加并提出此方案的话,可能现在已照您的方案去实施了,现在三峡水库即将蓄水,已无时间更改方案了”。最后会议决议还是以前述的老方案进行。

 

  涪陵会议结束回到上海交大,我面临艰难的抉择。思想上的斗争十分激烈,经过一个月的反复思考,我基本想通了,我认为:作为一个科研工作者应该要为科学合理的方案对国家对人民都有利的方案去奋斗,去争取实现。这也是我们科研工作者的责任所在。虽然现在会议已决定要采用老方案,我应该向上级积极反映情况争取支持。我一方面要积极奔走呼吁,但在心理上也做好了最坏的准备,即使新方案还是不被采纳,我作为一个科学工作者的良心也可以安定下来,至少我是尽了我应尽的职责了。

 

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