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曾国熙教授指导的我国第一个岩土工程博士研究生通过论文答辩
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领先全国的软土地基处理技术
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摊开中国版图,从渤海湾出发到广西湛江的东部沿海地区广泛分布着软弱土层。它占国土面积的5%,却创造了40%的GDP和70%的出口,是中国经济最活跃,无疑也是工程建设最活跃的地区。软弱土层的存在严重影响了这些地区的大规模市政基础设施、交通工程和水利工程建设,致使超过三分之一的土建投资用于地下工程。与之相关的软土地基处理是浙江大学岩土工程学科的强项,早在1953年学科成立之初,当时主持工作的曾国熙教授就瞄准了这个方向。
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浙江大学岩土工程学科最早可以追溯到1927年,浙江大学历史上“年纪”最大的工科院系土木系开出一门叫土力学的课程。而岩土工程真正在浙江大学成为一门学科,是在1953年。那时,曾国熙教授从美国西北大学学成归国,在浙江大学成立了地基基础教研室。教研室成立之初仅有四五位老师,大家坚信,要进行科学研究必须坚持学术活动,于是每周进行读书报告等学术活动,有时甚至只有一人讲一人听也不间断。
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1955年,铁道部第四设计研究院(铁四院),在宁波建造铁路时遇到了一个难题,由于路基非常软弱,铁路填起4米高就会坍塌,各种方案都无法实现8米的堆高。曾国熙教授受邀与当时的高级工程师,如今的两位院士周镜和卢肇均进行技术攻关。曾国熙教授消除了很多人的质疑,自信地提出了用排水固结法来解决问题,因为他在美国读书时候,曾有一位老师详细介绍过这种方法。曾国熙教授首先将这种方法引入了中国,工程完成后,不但突破了4米的限高,而且成功地达到了8米路堤的要求,此法被证明成功后,被运用到后来获得1980年全国科学大会大奖的杜湖水库砂井地基研究中。
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曾国熙教授从事杜湖水库砂井地基研究时已经50多岁了,从方案开始到施工,他带领整个学科的十多个老师,亲自带着观测仪器,下到现场,住在当地一个非常潮湿的破庙,一个月回杭州一次。从杭州到杜湖水库,曾教授先要坐火车到余姚,如果走运,可以搭公共汽车到慈溪一个叫浒山的县城,再走一个多小时到工地;而大多数时候都要从余姚火车站步行到工地,起码用两个小时。
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参与研究时,曾国熙教授要指导参与工程的上万个民工怎么铺土。“一次要控制工程进度,得让几千民工停工回家,否则土铺得太快路堤会坍塌。”回想起当时做思想动员的前一个晚上,曾老还是很清晰地记得当时忐忑不安的心情,那晚他一夜未眠:“我当时是在文化大革命的时候下去的,是改造的身份,是靠边站的,让几千民工来了,工程做了一半要说服他们回去,他们就等于‘失业’了,想想也不是见容易的事。”第二天,曾老就和大队长去讲道理,大队长很尊重曾老的意见,把农民工一批批动员回了家。
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如今,曾先生主持的杜湖水库砂井地基研究已经作为经典工程,写入教科书,倒不是它最早使用了排水固结法,而是它技术难度最大,效果却是最成功的,学术上的意义很大。它的原理简单地说,就是在很软的土上铺土,为了防止坍塌,填土的速度必须非常慢,在岩土工程界看来是一次高难度的“杂技”。曾先生主持这项工程,加载时间一直从1969年加到1979年(大部分1976年完成),在这整整十年中,曾先生积累了宝贵的第一手现场强度测试数据,为建立完善理论奠定很好基础。这个项目在1980年获奖,不光是因为完成了工程本身,更重要的是该工程完成的学术积累是标志性的。浙江大学建工学院常务副院长陈云敏给学生上课时,都要给学生讲这个坚持了10年工程实践的故事,“现在学生想起来10年是不可思议的”。
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由于前期有杜湖水库砂井地基研究的理论和实践积累,排水固结法在民用机场温州机场、宁波机场和舟山机场跑道地基处理等工程中得到了广泛应用。
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1981年,国家开始在高校中设立博士点,岩土工程首批有两个博士点,一个在清华大学,一个在浙江大学。曾国熙教授是首批岩土工程的博士生导师。“有了博士点就可以培养人才了。到今年为止已经培养了171个博士,很多成为高校等科研单位的学科带头人,在全国的影响是比较大的。”曾老先生自豪地说。
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岩土工程的研究对象性质复杂,光凭理论计算很难令人信服。曾国熙教授说,土工实验室设备齐全,有的测试手段较为先进,并有从事科研和生产的地基处理及勘查工程队,这些为进行科学研究和培养研究生提供了非常优越的条件。实验室的地机处理和勘察工程队配有钻探设备,可以根据需要,随时开赴现场,开钻实测,采集土样或实测数据。这是浙江大学岩土工程学科特有的优势,也是中国土力学和基础工程学会地基处理学术委员会挂靠在浙江大学的重要背景。“一个学科的产生和发展,都是和生产实践密切结合,相互促进的,这是我在整个过程中深刻理解到的,也是我们所一代传一代的风气。”曾教授说。
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在前期曾国熙教授等老前辈研究深厚软土地基排水固结法的基础上,浙江大学岩土工程学科还发展了水泥搅拌桩法和托板桩法地基处理技术,最终系统地形成了一套深厚软基高速公路拓宽工程的关键理论和核心技术,该成果成功应用于我国首条深厚软基高速公路拓宽工程——杭甬高速公路拓宽工程,2005年通过省级鉴定,项目成果总体上达到国际先进水平,若干方面居国际领先地位。
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中国岩土工程界的第一个博士
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1984年9月14日,《浙江日报》头版头条报道了一条喜讯:《浙江大学培养出第一个博士》,这位博士名叫龚晓南,他不但是浙江大学自己培养的第一位博士,也是我国岩土工程专业诞生的第一位博士。获得博士学位后的第二天,龚晓南兴致勃勃登上西湖边的玉皇山。远眺湖光山色,感慨良久之余,他即兴赋诗一首:“昨摘博士冠,今登玉皇山,抬头向前看,明日再登攀。”由于他在复合地基和地基处理理论及工程实践,以及地基处理技术的普及推广、基坑围护设计、基础工程施工环境效应及对策、土木工程教育和人才培养等方面做出了突出的贡献,2002年获得了茅以升土力学及基础工程大奖。
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龚晓南教授本科是清华大学结构工程,曾有做一位抗爆防爆专家的理想。真正与岩土工程结缘,是在1978年,那年他34岁。那时龚晓南的夫人和孩子在杭州,因此他决定报考浙江大学。当时托熟人向一位浙江大学的教授咨询,熟人介绍说,浙江大学在软土地基领域的研究很有影响,于是他就报了岩土工程专业。“说实在的,当时我对岩土工程知之甚少。这次选择对我的人生道路有很重要的影响,使我有了一个很好的专业,或者说有了一个很好的舞台,同时有了一位很好的导师。”考入浙江大学以后,他成了当时浙江大学150多位研究生的班长。
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1981年,浙江大学岩土工程学科被国务院学位委员会批准为首批博士学位授予点,龚晓南在第二年成为入学的第一个博士生。当时,很多学生大学毕业后都倾向于出国留学,浙江大学全校第一届招收的博士生总共才5个,很多人都说龚晓南不出国是“吃亏”了,但龚晓南认为,比起出国后留在国外做研究,更重要的应该是祖国的需要。
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培养这第一个博士,用龚晓南的话来说,是“作为教研室的一件大事,全体教师都在指导我。接触到的老先生非常多,我们这里岩土工程的老先生,基本上都可以当面请教”。那时候做实验,很多时候一个土样的实验要做超过24小时以上,教研室就请了浙江大学老师的孩子,两个高中刚毕业的学生给他做助手。曾国熙教授认为,博士生的培养必须与教研室的科研相结合。当时教研室在软土地基方向的研究已经持续了30多年,曾参加浙江慈溪杜湖水库、镇海浙江炼油厂、台州发电厂、上海宝山钢铁厂、上海金山石油化工总厂和南京汽车制造厂等许多工程,科研方向稳定,科研课题很多,既有大量工程世纪问题,也有大量理论性探讨的工作,有优越的条件结合科研来培养博士研究生。同时,导师曾国熙先生放手让他参加各种学术会议和国内外专家的讲座,有时候让他一个人去,还鼓励他在学术会议上发表论文,两年多时间里,他不放弃所有重要的有关学术会议和国内外专家的讲学活动,主动和国内外专家接触,广受熏陶。
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经过两年半的奋斗,龚晓南于1984年9月12日通过博士论文答辩,交出了浙江大学培养的第一位博士的成绩单:他的博士学位论文“油罐软粘土地基性状”发表在《岩土工程学报》,被该期刊评为年度优秀论文。随后不久,中国土木工程协会编写第一本介绍我国岩土工程发展情况的论文集,龚晓南的硕士学位论文被收录在上册,博士学位论文被收录在下册。这本论文集已被EI收录。
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1985年,曾国熙教授在一篇“培养工学博士生的一些体会”文章中开心地写到:“通过我校第一个工学博士生的培养,我们积累了一些经验。今年生源较多,我大胆地又招收了三名博士生。这本来已超过了我个人的能力,但又想我年事已高,能为祖国培养高级人才时日已不多,现在身体和精力尚好,应该尽力而为,完成这一光荣而又艰巨的任务。”老前辈对学科的用心良苦可见一斑。
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1992年,龚晓南出版了国内外第一部复合地基专著《复合地基》,首次提出广义复合地基理论框架。2002年出版《复合地基理论及工程应用》,完善了广义复合地基理论体系。自1991年起他又将研究成果应用于多项工程,在广义复合地基方面取得的创新成果已被业界广泛引用,在2003年的鉴定中被认为其研究成果处于国际领先水平。1993年,国务院学位委员会聘任龚晓南为岩土工程博士生导师。一年后,龚晓南担任浙江大学土木工程学系系主任,建筑工程学院副院长。
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龚晓南教授在浙江大学较早提出了扩大研究生招生规模的主张,他说,未来一所大学在社会上影响力的大小,将取决于其培养研究生人数的多少。为此,他在任内大力扩招研究生。在他当系主任的五年间,系里不仅成立了一级学科博士点和博士后流动站,还使研究生人数翻了一番多。他回忆道:“1994年的时候土木系的研究生招生是全校倒数的,1999年的时候赶到前面去了。哪个学科的博士多,哪个学科就有优势。短期看不出,五年十年就很明显了。”
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把实验室开进现场
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岩土工程由于常常和土打交道,在国外被称作“dirty shoes”(脏鞋子)。浙江大学建工学院常务副院长陈云敏和泥土打了20多年的交道,是岩土工程重点学科学术带头人之一。他所研究的“地基中瑞利波的传播特性及工程应用”首次利用瑞利波的传播特性构造有限元分析地基动力响应的能量吸收边界;首次提出了有限元——半无限元建立和求解瑞利波特征方程的方法,并发现了瑞利波在复杂地基中的新传播特性,据此研制的表面波频谱分析测试系统,解决了机场跑道、高速公路、地基地震液化和地基加固效果检测的关键技术,并在我国首次在软土地基上建造的大型民用机场——温州机场、我国自行设计的商用核电站——秦山核电站等国家重点工程得到应用,解决了现有方法难以解决的工程技术问题。他善于将基础理论研究、室内外试验和工程实践三者相结合,展示了他很强的创新意识和科学研究能力。
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他说,岩土工程研究的重要诀窍之一就是把实验室开进现场。
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