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张璐璐:我的岩土工程学之路

时间:2013-03-04 14:38:05  来源:  作者:

一直关注“学者笔谈”栏目,不但可以了解到学者的学术思想,看到为人处事做学问的榜样,更重要的是可以从中获得前进的力量。写此小文,旨在让更年轻的学生了解岩土工程学科的研究工作,吸引更多人投身这个领域。

  我的科研路

  我本科毕业于清华大学水利系水利水电建筑工程专业。如同今天的许多大四学生一样,也曾经在继续读本校研究生、读外校研究生还是出国留学的选择上煎熬。当时,我们1996级与1995级同时毕业,直升研究生并不困难。刚巧香港科技大学通过教育部选派学生攻读博士生,土木系有岩土工程和水文水资源两个方向的教授招生,我与其他三名同学幸运地通过面试被录取了。

  进入港科大的头两年并不顺利,因为大土木工程的本科一般只设置与岩土工程专业相关的土力学与地基基础等一两门相关课程,而我的基础并不好。那时还未从本科学习的思路中转换过来,不知道如何解决没有标准答案的问题,科研工作没有头绪,进展缓慢。我也痛苦迷茫过,感觉自己不适合做科研,博士课题是不是太难了。和两位导师讨论了几次,他们觉得我的工作还是值得坚持下去。之后研究慢慢有了进展,信心也增加了。但论文发表还是不顺利,第一篇论文投到加拿大土工杂志(Canadian Geotechnical Journal),因为一位审稿人迟迟不回复意见,02年10月投稿到04年1月才接受。博士毕业后我希望接触工程实际,加入了香港奥雅纳工程顾问公司(Ove Arup Hong Kong Ltd),作为岩土工程师参与了香港防止山泥倾泻计划(Landslip Preventive Measures Programme)中边坡加固设计、厦门翔安隧道、贵州坝陵河大桥等工程项目。虽然每个项目我只负责一小块的工作,但我常与主管工程师沟通,学习了解整个工程项目设计流程和管理。一年后,由于与家人团聚的需要,我回到国内加入交大,再次回到科研道路上。独立开展科研工作后,依然不顺利,因是香港回归后取得学位所以无资格申请教育部留学回国人员科研启动基金,浦江人才计划申报失败,自然科学基金申请失败。条条大路通罗马,可我的路在何方?2008年春节,窗外是欢声笑语锣鼓喧天,我还在埋头修改自然基金申请书。那时给自己定了一个期限,如果到交大3年还不能站住脚,就离开科研这条路。我的坚持终于得到回报,08年5月得到了上海市教育基金会新设立的晨光计划资助。真是雪中送炭,我得到人生的第一个基金。回想这些年的点点滴滴,信念总是支撑着我在关键时刻坚持下去。一个人对其要为之奋斗一生的事业,无论顺境还是逆境、富裕还是贫穷、健康还是疾病,都始终相信、坚守,才有可能绝处逢生、柳暗花明。

  什么是岩土工程?

  我从事的学科是土木工程一级学科领域的二级学科,岩土工程。岩土学科产生于上世纪初西方大规模工程建设时期,由力学、地学、工程和环境学科交叉形成。1925年太沙基(Karl Terzaghi)的《土力学》专著的问世标志了岩土学科的诞生。学科的任务是正确认知、描述、评价和预测岩土体的力学性质和行为,确保工程岩土体的变形、强度和稳定性满足工程需求。目前,国内从事岩土工程研究的高校和科研院所有数百家单位,但由于发展时间较短,岩土学科仍然属于年轻的学科。

  年轻学科并不意味着弱学科。大家都知道我们人类赖以生存的三大要素是土壤、空气和水。岩石和土对于人类发展而言,就还比是皮与毛的关系,皮之不存,毛将焉附。岩土学科服务于很多领域,凡是涉及岩土体的人类活动和工程建设,都与岩土学科密切相关。例如,房屋建筑建造在土层或岩层上,稳定坚实的基础和地基是建筑安全的保障;又如,人类开山辟路修建公路和铁路,沿线的山体和路基的稳定直接关系到通行车辆和人员的财产生命安全;在军事上,炮弹能否穿入岩石的掩体精确打击目标也与岩土工程相关。在深邃的海洋里,岩土工程也不可或缺。波浪、风和海流会使海洋土体发生液化,危害海洋平台和海底管线。几个经典的事故案例是:2005年在受到丹尼斯飓风的侵袭后英国石油公司位于墨西哥湾的深水钻井平台Thunder Horse平台倾斜近30度;2007年大风和暴雨致使墨西哥湾一钻探平台和一生产平台相撞,导致原油和天然气泄漏;2010年我国胜利油田作业3号平台,受玛瑙台风影响发生倾斜45度事故;2000年我国东海平湖油气田至上海输气管线发生断裂暂停向上海供气。岩土工程研究还直接影响人类开发外太空的事业。例如,要保证着陆器在星球表面安全着陆,需要研究星球土体的力学特性。因此,岩土学科的发展水平和研究深度,事关国民经济、社会发展及生态环境,具有极为重要的战略地位。

  由于岩土体及其赋存环境的复杂性和目前的研究手段和发展水平的局限,各类岩土工程灾害时有发生,造成重大人员伤亡和经济损失。2003年7月1日凌晨,上海地铁四号线董家渡段用于连接上、下行线的安全联络通道(即旁通道)工程施工作业面因流砂发生坍塌事故,造成隧道部分结构损坏及周边地区地面沉降,3栋建筑物严重倾斜,黄浦江防汛墙局部塌陷,仅直接经济损失就达1.5亿元左右。2008年11月15 日,杭州萧山湘湖段地铁施工现场发生塌陷事故,形成了一个长75米、宽21米、深15.5米的深坑,交通中断,21 名工人遇难,附近民房倾斜,地下管线破坏。2009年上海市莲花河畔景苑楼盘7号楼整体倒塌,致1名工人死亡。2010年9月21日,紫金矿业有限公司锡矿尾矿库被泥石流冲击引发溃坝,死伤数十人。2010年8月,甘肃省舟曲县突降强降雨,县城北面的罗家峪、三眼峪泥石流下泄,造成沿河房屋被冲毁,泥石流阻断白龙江、形成堰塞湖,遇难者超过千名。上述岩土工程灾害事故有自然原因,也有人为因素。血的教训告诉我们,一方面,人类开发利用自然的同时,不尊重岩土工程科学规律,会产生严重后果;另一方面,岩土工作者需要对岩土灾害的发生机理深入研究,形成灾害预测、防治和风险管控的系统理论和有效方法。

  岩土工程学科充满机遇和挑战。随着我国基础设施建设的快速发展,在水利水电工程、公路与铁路工程、地铁与轨道交通、地下空间开发、海洋海岸与港口工程、能源与环境、地震与地质灾害等方面,存在许多复杂的岩土问题急需解决,岩土学科发展空间巨大。例如,地震、海啸、强降水和干旱等极端气候条件引发的滑坡、泥石流、土壤侵蚀等地质灾害问题;工程活动和环境因素联合作用下岩土体灾害机制及预警预报;油气藏开发、天然气水合物资源利用、CO2 地质封存与固体废弃物处置等工程涉及的工程安全与环境问题;海床土体的力学特性及与海洋结构物的相互作用问题;土壤与地下水污染机理和修复;着陆器与土壤星球的相互作用机理;多尺度岩土体本构关系及数值模拟方法;新型岩土材料的开发和利用等。

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