中国工程院院士,中国科学院武汉岩土力学研究所研究员葛修润因病医治无效,于2023年1月4日20时47分在武汉逝世,享年88岁。
葛修润1934年7月12日出生于上海南汇。1952年考入清华大学水利系,1954年进入苏联敖德萨建筑工程学院学习并获苏联优秀毕业生证书,1959年归国后在中国科学院武汉岩土力学研究所工作,1985年加入中国共产党,1995年当选为中国工程院院士。
在1985年3月提交的《入党志愿书》中,葛修润写道:“我一定要更加努力地钻研业务,提高学术水平,积极培养年轻人。为实现四个现代化敢于不怕艰难险阻,攀登科学高峰;在科研岗位上努力起先锋模范作用;作(做)一名在科研战线上与其他同志互帮互助,共同前进的老兵。”
葛院士用生命践行着自己的这段誓言。
让千年瑰宝“白鹤梁”水下重现风采
说起重庆的“水下碑林”白鹤梁,就不能不提葛修润院士。正是葛院士的一个大胆的“脑洞”创新,让现存于水下梁体的历代碑刻群“白鹤梁题刻群”这样的千年瑰宝重现于世人眼前,也成就了世界首座非潜水可到达的水下博物馆。
走进重庆涪陵白鹤梁水下博物馆,这里既是世界第一古代水文站,也是中国书法的渊薮,现存160则、可辨文字达1.1万余字的历代碑刻,展现着中国书法艺术的博大精深,北宋书法四家之一黄庭坚的“元符庚辰涪翁来”题记、清代书法家孙海的“白鹤梁”题名、涪陵本土教育家刘冕阶1937年镌刻的“白鹤时鸣”题词,无一不是书法史上的模范精品。
白鹤梁原是重庆市涪陵区城北长江江心一道长约1600米、平均宽为15米的天然石梁,在冬春之交水位较低时部分露出江面,因经常有许多白鹤栖息于梁上而得名“白鹤梁”。不同枯水年份的最低水位不同,古人注意到了水位线在石梁上的变化,于是在朝向长江的石梁倾斜面雕刻鱼纹,并用诗和韵文的形式书写碑文题刻,将石鱼出水的时间和石鱼距离枯水线的尺度等信息刻在石梁上,记录水位线变化。
白鹤梁上现存石鱼18尾。最早一尾可以追溯到唐朝广德元年(公元763年),人们在露出的白鹤梁中段石梁上镌刻了两尾石鱼,记录当年最枯水位线。而石鱼的眼睛正好为长江中上游的零点水位,这一水文记录比英国人于1865年在武汉江汉馆设计的水尺标点要早1100多年。从此,白鹤梁题刻记录了1200多年间72个年份的枯水水文信息,被联合国教科文组织誉为“保存完好的世界唯一古代水文站”,而且这些水文信息对于考察过去1200多年来长江水位变化和探索长江上游枯水发生以及水量变化的规律,提供了极其珍贵的历史资料和科学依据;对于长江的航运、水利开发、桥梁建设和洪水防治,都有极其重要的价值,这些信息还曾被三峡工程1972年的初步设计方案所采用。白鹤梁因其独特的价值而成为三峡库区第一号文物。
随着长江三峡水利枢纽工程的开工建设,按照设计方案,三峡工程蓄水后,长江涪陵河段最低水位将达到145米,最高水位175米,白鹤梁会被完全淹没。如何既保证三峡工程的顺利建设,又保护好这个千年水文站遗址,成了当年的一个大难题。水下遗址原址保护世所罕见,国内外均无可供借鉴的工程实例。仅保护方案可行性就论证了10年,6种不同的保护方案都被否决。最终,中国工程院院士葛修润提出的“无压容器”方案,得到各方认可。
所谓“无压容器”方案,就是在白鹤梁密集段上修建一座无压容器,在容器内充入过滤处理后的江水,以平衡容器壁所承受的巨大压力,达到减少泥沙淤积侵蚀的目的。容器顶部采取特殊钢架结构,可承受4000吨轮船的冲击力,迎水方向的防撞墩能经受万吨级轮船撞击;博物馆还能通过光纤安保系统收集分析馆内的温度、压力和硬度等指标,以判断水下保护体安全状况。
参观白鹤梁水下博物馆,就可以直观感受到“无压容器”的壮观和创新。乘坐91米长、40米高的电梯来到长江水面下的水平廊道。这条150米长的廊道在蓝色灯光的烘托下,充满了神秘气息。迈过尽头的钢制舱门,进入有23个圆形观察窗的参观廊道。透过观察窗可以清晰地观赏白鹤梁题刻原貌,巨大的容器内经过过滤的江水非常清澈,肉眼就可以清晰地看到题刻上的文字。这主要得益于白鹤梁水下博物馆运用的循环水系统。观察窗上的玻璃为航空有机玻璃,为了维修方便,玻璃双层设计,每层玻璃足足有8厘米厚,能够承受窗外3700吨水的水压。
葛修润院士是著名的岩土力学专家,参与白鹤梁文物保护工程是“机缘巧合”。2001年2月向来与文物保护工作没有接触的葛修润院士被邀请参加关于白鹤梁保护方案的专家评审会。在评审会开始前4天,他出差路过北京时,专门去国家文物局查看了相关的资料,发现即将接受评审的方案提出将白鹤梁就地淤埋的做法非常不妥,这实际上没有尽到对文物进行保护的初衷。他立即感觉到“如果不能找到最好的方法来保护白鹤梁,将是我们这一代知识分子的失职”。
在评审会上,原本是去评审他人方案的葛院士,不得不提出自己的方案。葛院士结合自己丰富的专业知识,创造性地提出了“无压容器”方案。这样做的好处是技术难度减小了,费用降低了;最重要的是,不存在毁坏石梁的危险。葛修润院士的方案充分体现了思维上的创新性、技术和经济上的可行性,获得参加评审人员的认可。
2003年2月13日,葛修润院士为白鹤梁度身定做的“水下宫殿”正式动工,2009年,“世界首座非潜水可到达的水下博物馆”正式建成。
不仅在白鹤梁,在敦煌莫高窟、云岗石窟、陕西彬县大佛寺也有他主持的文化保护项目,湖北大冶铜绿山古矿遗址、西夏王陵、须弥山石窟及湖南城头山古城墙等地都留下了他艰苦跋涉的足迹,岩土力学与文物保护看似风马牛不相及的两件事,终于因葛修润院士忠于历史、心系后代的赤子之心和严谨求证、恪守科学精神而完美结合。
终身奋斗在岩土一线:
“看起来很‘土气’,但却责任重大”
葛修润在中学时期就是品学兼优的好学生。1952年,他考入清华大学,念的是水利工程。一年以后被选为赴苏联留学的预备学生。1954年赴奥德萨水利工程学院学习,读的还是水利工程。1959年,他以优异成绩获得优秀毕业证书。回国的时候,他没有买一件高档的消费用品,而是带回了200干克重的书,这都是用平时节省下来的钱买的。
回国以后,葛修润服从了国家的需要,到武汉岩土力学研究所工作。葛修润坦诚地说:“国家需要我到武汉工作,在那儿我更能够发挥自己的专业特长。我们那个年代的年轻人,思想比较单纯,我们为自己考虑得很少,而视国家的利益、祖国的需要高于一切。如果专家也只想着个人利益,没有爱国和奉献精神,他们怎么能取得举世瞩目的成就呢。”
几十年来,葛修润主持、参加过国家许多重大工程中的重要课题研究,足迹遍布大江南北和世界重大工程现场。在严重缺氧的岩洞,在危岩滑坡治理现场,在幽深的岩井,在高高堤坝……上山下矿,与岩石打交道几十年。
他是我国将有限元法引入岩体力学与工程的先驱之一,其研究工作具有开创性。他在国际上首次提出了节理无界元概念和模型,其三维无界元、静力松弛、离散单元法和大型工程问题的三维有限元分析等研究皆具国际水平,享誉国际。
他是第一位登上国际岩土力学数值分析方法学术讲台进行学术报告的中国学者,也是第一位在“国际岩土力学数值分析与分析方法”杂志发表论文的中国学者。
20世纪80年代,在岩石力学基本性质研究方面,他与L·米勒教授合作完成了“节理岩体周期荷载下力学性能研究”这项被认为是研究发展了预测未来基岩变形过程方法的成果,在国际上属首次。他还通过自己最新的有关全过程线的试验研究结果,提出了新的岩石力学分类模型,为国际学术界瞩目。
他还是我国岩质边坡工程与研究的开拓者和学科带头人之一。他主持的边坡工程研究密切联系实际,融工程地质调查、稳定性评价、加固治理和先进量测系统为一体,被誉为边坡工程范例,享誉同行。由他主持完成的铜绿山矿、海南铁矿、贵定石灰矿、永平铜矿、清江隔河岩电厂等众多边坡工程研究取得圆满科研成果,获得显著的经济效益和社会效益。
葛修润常说,一项工程的实施并不是造价越高,效果就越好。以最简便、最便宜的方法取得最有效、耐用的结果才是最佳的方案。这就要求我们具有创新意识。而创新来源于平时的积累。表面看去一种新的想法往往被某件事情激发出来,其实这必须要在平时大量积累的基础之上。虽然有的思考暂时还看不出有什么作用,但在今后的工作中必定有用武之地。
有人说,葛修润的论文刻在岩石上。而他的妻子说,爱上了岩石,他一年四季很少回家。
葛修润曾说,“很多重大国民经济建设工程不是建在岩基上(如水坝)就是建在岩体中(如隧洞)。从事岩土力学与工程问题研究,看起来很‘土气’,但却责任重大。它关系到工程的安全与经济性。在工作中必须认真负责,严肃对待。”
退休后痴迷地球深处
退休后的葛修润依然是一个工作狂,妻子周玉瑛说他:“工作总是第一位,现在还天天跑实验室,经常去工地,一刻也不能闲下来。”
葛修润20多年来一直患有腿部肿胀疾病,还患有糖尿病、冠心病。疾病和他关于地应力测试的研究一直相伴始终。
三峡工程建成之后,在金沙江最大的支流雅碧江流域,在建的锦屏二级水电站也是正在开发的雅碧江流域上的阶梯水力发电站之一,其工程区域地质条件非常复杂,除了高地应力、岩爆之外,还有很严重的地下水问题。在锦屏水电站巨大的输水隧道工程中,地应力实测是其中极为重要的问题之一。为了解决这一难题,2010年8月初,葛修润带领团队来到位于四川省西昌市境内的雅碧江锦屏二级水电站建设工地开工现场。
“深部地球的情况对人类来说了解得并不多,人们对它的了解远不及太空和宇宙。我对地球表层的地应力分析和实测方法一直很感兴趣。”锦屏的地应力非常高,在地应力测量方面难度很大。在锦屏山下2430米深处,有单位采用了国内外多种方法,但都没有测到该地区的地应力资料。经过多年的研究和思考,葛修润提出了一个创新方案:机器人探测。“我的方案中测量地应力是在一个15cm的钻孔里做的,由于钻孔太小,人工无法完成,所以需要机器人来完成。”葛修润团队成功研制出了能够按照指令在孔壁上自动钻贴感应元件,及在钻孔侧壁打解除孔的机器人——地应力测井机器人。这也是我国首次利用地应力测井机器人在埋深达2430米处的地下巷道内的水平钻孔内进行地应力实测并获得成功,获得了该处的三维地应力张量,为锦屏二级水电站工程的顺利进行提供了重要数据。
“作为一个学者,始终要注重自主创新。尽管自主创新很不容易,有些创新需要花费毕生的心血来完成,但我觉得值得。”葛修润说,“岩土力学发展最快的地方在中国,这是有事实依据的。”
(整合:长江日报记者周劼)
【编辑:丁翾】
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