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葛修潤

攀世界科學高峰
作者:上海交通大学新闻网  日期:2012-06-10  来源:學者聲音  阅读:62376

 

  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養、科學研究、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。

 

  ■ 科學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年秋從前蘇聯留學歸來後由國家統一分配來到中國科學院武漢岩土力學研究所工作。自1998年起有機會回到我的故鄉——上海,在交通大學擔任岩土力學與工程研究所所長。

 

  在五十多年的科研生涯中取得過一些微小成績,但也嘗到了科研工作的艱辛和困難。在科研這一條艱苦曲折的途徑中爲什麽能堅持下去,努力向前,我想最重要的支撐力無非是那一條樸實的想法:國家培養我這麽多年,要我在科研崗位上工作,我一定要用全力去探索,一定要爲國爭光。

 

 

 

  急國家之需,爲國爭光

 

 

  回想文革期間,我個人生活相當困難,由于家庭社會關系和當時的環境,本來同在武昌市區工作的我和我愛人從1970年起被迫兩地分居九年。我個子很高,自蘇聯回來後由于糧食定量低,長期處于營養不良,嚴重浮腫,體質很差。1964年在某礦山搞科研,在工地上感染了肝炎,雖經治療但一直未能痊愈。在1971年當我得知國家和我們研究所急需將世界上最先進的應力分析法——有限元法引進並用于岩土工程課題時,我積極主動多次請求領導能讓我參加這方面的科研工作。當時我國已經獨立自主研制出三台晶體管式的計算機,其中一台名叫“X-1機”安裝在武漢大學數學所,當時我所有三個小組被批准從事有限元法研究,我領導的一個小組就是其中之一。由于我政治條件不夠,我不被批准能直接進入“X-1機”大廳進行操作和運算。即便這樣我也不計個人得失,抓緊白天和晚上時間學習該計算機的說明書和操作指令,以及有關有限元的一些文獻。傍晚在蜂窩煤爐上熬中藥吃,也不知燒壞了多少個藥罐子。經過連續三四個月的苦鬥,以我爲主的這個小組在沒有可參考程序的情況下用“X-1機”的指令,編寫出了平面問題有限元線性和非線性程序。在調試程序和算例時,我只能靠邊站,由組內同事帶著穿孔成紙帶的程序和數據到計算機上去“通”。他們把發生的錯誤信息和問題再帶回來,我與他們一起來分析、判斷、找問題和錯誤,然後修改程序和數據紙帶,這樣日以繼夜的工作終于在1971年底前調通了程序和數據。對我國西南地區某大型地下火電廠三個硐室群的平面變形問題進行了線性和非線性計算,此成果被國內同行們公認爲我國將有限元分析用于大型地下硐室群分析的首例。

 

  提起這段往事我想講的是我們從事科研的人應懷抱“急國家之所需,要爲國爭光”的理念。這樣才能有很大動力去排除困難,不斷向前。精神的力量是巨大的。這種理念並不是老生常談,即便在改革開放年代,在強調市場經濟價值和重視個人經濟收益的時候,還是要強調這種理念的重要性,因爲我國是社會主義國家,社會主義市場經濟模式仍然需要有正確的精神支柱。

 

  科學研究中的继承与创新

 

  這方面我舉一個有關將醫用CT-X光機應用于岩土力學試驗方面的例子。當我接觸此課題時,前人已取得了某些成果:他們將岩石試件作三向壓縮試驗,當加載到一定階段,將此岩石試件放到醫用CT機上去掃描,然後再把岩樣放回到岩石試驗機上重新加載到更高的荷載水平,再去掃描。這樣的科研成果無法取得連續的全過程情況,也不能取得實時的情況,多次加載卸載的情況更不符合簡單加載條件。我經過數個月的思考和探索形成了一個創新性構想,即需要研制一台小型的岩石力學三軸壓縮試驗機,可以放置在大型CT-X光機的病員床上。這樣岩石力學試驗機在進行全過程試驗時可以同步和實時地測到試件內部從細觀力學角度的各種微細變化過程和CT值變化數據。我這一創新性設想提出後,得到有關的國家重點實驗室的大力支持,我主持該項目的設計,又在很短時期內調試成功。這項創新性成果爲岩土力學試驗技術方面提供了一項先進的無損探測技術,並架起了宏觀力學特性和細觀力學性能之間相互聯系的一條橋梁。

 

  從事科研要有股韌性

 

  許多重要科研成果表明,人們常常需要經過較長時間的努力奮鬥才能取得結果。因此,培養能長期堅持不懈和不屈不撓的精神對一個科研工作者來說十分重要。從二十世紀六十年代初,即文革前我就開始接觸到一個重要課題——名叫抗滑穩定分析理論與方法。目前常用的方法就是剛體極限平衡分析方法,此方法的發展已有近九十年的曆史,雖有許多優點,但我經過思考後感到尚有很多不足之處:必須采用強度折減方法和叠代算法。近年來即便逐步采用近代數值方法,但仍然必須采取強度折減法原理。

 

  我從二十世紀六十年代初在從事武鋼大冶鐵礦南邦邊坡穩定研究時就已經開始感覺到這一嚴重的問題,並立志想改變這個現狀。當時作了一些局部的改進,提出了一種方法叫Ks法,它可以不作叠代計算也不需強度折減直接算出抗滑穩定安全系數。在當時文革政治環境下我不被允許發表學術文章,只許可與各有關兄弟單位作一些業務交流。Ks法就這樣交流到有些兄弟單位了。後來才發現有人用Ks法的實質內容,但改了方法名稱,成爲二十世紀七十年代以後國內當時唯一與國外一些流派可並列的一種抗滑穩定分析方法。在文革期間,我沒有條件繼續發展這方面工作,直到文革結束後我獲得了聯邦德國洪堡基金會研究獎學金去西德進行兩年研究後再回到國內時,在時隔十六年後即在一九八三年自己又繼續對這樣的課題作進一步深入研究,並提出了不采用強度折減原理的抗滑穩定分析研究新方法的一些原則,並推導了一些核心公式。由于當時其他研究任務很繁忙,沒有許多時間專門來搞此課題,但仍然一直放在心中,有一些時間時就作一些思考和探索。直到2005年開始正式提出了抗滑穩定分析新方法——矢量和法的名稱和內容,並在近幾年連續指導了兩位博士研究生寫博士論文。2008年在由五個學會聯合舉辦的學術刊物《土木工程學報》“黃文熙講座”上寫了有關矢量和等問題的講座報告。回顧這一課題的研究斷斷續續地進行了近五十年,終于取得了碩果,如果半途而廢,顯然得不到今天這樣的成果。

 

  讓科技更好地造福于民

 

  下面我談的是對國寶白鶴梁實施科學保護方面的一些切身體會。

 

  白鶴梁是一座天然石梁,位于長江涪陵段靠近南岸的深水航道旁,被聯合國科教文組織譽爲“保存完好的世界唯一古代水文站”。1988年國務院將白鶴梁列爲國家級文物保護單位。

 

  白鶴梁題刻在科學、曆史和藝術方面都具有極高價值。三峽水庫建設時,一定要保護白鶴梁,這樣的共識不難達成,但困難的是如何保護。“水晶宮”方案是二十世紀末熱議的保護方案,在白鶴梁古水文題刻上罩上一個巨型的保護殼,內部將水抽幹,此方案不但耗資巨大,更主要的是極不安全,因爲殼體外表面承受40多米水深的巨大壓力,建造過程中或營運過程中一旦形成有小的損傷隱患都可能導致災難性後果,更爲嚴重的是曆史上長期處于水中的文物題刻將處于空氣中,不多久必然徹底損壞。此方案在二十世紀末被徹底否定,代之而起的是“異地陳展”(假文物),“就地淤埋”(真國寶)方案:以1:1比尺複制白鶴梁題刻陳列于建在三峽水庫庫岸的博物館,在旁邊再建白鶴塔等。而原文物將隨三峽水庫庫底的泥沙自然淤積,三十年後將深埋于二十米厚的淤沙之中。此方案實際上已經得到國家主管部門首肯了,並將在2001年2月24日在涪陵召開的白鶴梁保護會議上通過後付諸實施。

 

  我有幸參加了2001年2月24-26日的那次會議。我事先仔細研讀各種方案資料,感到方案存在很大弊病。在2001年2月的會議上我積極提出了以無壓容器(即保護殼體內有水並與江水壓力基本相同)爲基本原理的白鶴梁古水文題刻原址水下保護方案。此新方案一經提出立即得到全體評委的贊同,但是在場的主管此事的國家有關部門領導同志都不敢表態,他們對我說:“葛院士,如果前幾年的會議您能參加並提出此方案的話,可能現在已照您的方案去實施了,現在三峽水庫即將蓄水,已無時間更改方案了”。最後會議決議還是以前述的老方案進行。

 

  涪陵會議結束回到上海交大,我面臨艱難的抉擇。思想上的鬥爭十分激烈,經過一個月的反複思考,我基本想通了,我認爲:作爲一個科研工作者應該要爲科學合理的方案對國家對人民都有利的方案去奮鬥,去爭取實現。這也是我們科研工作者的責任所在。雖然現在會議已決定要采用老方案,我應該向上級積極反映情況爭取支持。我一方面要積極奔走呼籲,但在心理上也做好了最壞的准備,即使新方案還是不被采納,我作爲一個科學工作者的良心也可以安定下來,至少我是盡了我應盡的職責了。

 

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