人物小傳 鄭穎人,浙江鎮(zhèn)海人,1933年1月出生,1951年入伍,巖土工程與地下工程專家,現為解放軍后勤工程學院專業(yè)技術1級教授、博士生導師,中國工程院院士,重慶市地質災害防治工程技術研究中心主任,兼任空軍工程技術顧問,中國巖石力學與工程學會、中國土木工程學會隧道與地下工程分會及防護工程分會、中國力學學會巖土力學專業(yè)委員會等顧問,重慶市科協(xié)副主席、重慶市土木工程學會名譽理事長等多種學術職務。
曾經一度有些專家斷言:“巖土是門經驗科學,沒有多少理論。”但鄭穎人不信邪。他一生孜孜不倦、執(zhí)著追求、大膽探索、嚴謹治學,為發(fā)展和完善巖土力學理論,辛勤耕耘半個多世紀,在巖土塑性力學基礎理論、巖土數值極限分析方法與地下工程彈塑性與粘彈塑性理論方面碩果累累,為軍內外解決了軍事與城市地下工程、地質災害防治工程、特殊土及其地基處理等軍民兩用工程一些重大技術難題!
如今,年近八旬的鄭老依然在巖土工程領域奮斗不息,他對記者說:“興趣支撐著我走過這么多年,人老了,志趣不減,很多年輕人還叫我"長青樹"。”
且看:2007年,他的論文《有限元強度折減法在土質與巖質邊坡中的應用》被評為全國首屆最有影響的百篇論文;2009年,《極限分析有限元法講座》獲中國百篇最具影響國內學術論文;2009年,論文被引用數列全國作者排名第12位,連續(xù)兩年在全國力學學科排名第1位;2008年,由他牽頭的合著《邊坡與滑坡工程治理》入選“三個一百”原創(chuàng)圖書出版工程,2011年獲中國政府出版獎提名獎。
風蕭蕭兮,踏上征途不復返
每個人都會選擇自己理想的彼岸,而鄭穎人和巖土的“緣分”卻是命運安排的。
1933年,鄭穎人出生在浙江寧波。他的童年正值抗戰(zhàn)時期,幾次輾轉逃難,幾次輟學,雖然苦,但他也受到了革命思想的熏陶。高三那年,在抗美援朝、保家衛(wèi)國的聲浪中,他抱著“國家有難,匹夫有責”的決心,毅然投筆從戎。
多年之后,他依然記得當年二哥送他踏上征途時的情景。站在黃浦江的汽輪上,迎著陣陣秋風,望著層層波濤,他腦海里反復呈現著“風蕭蕭兮易水寒,壯士一去兮不復還”的豪邁詩句。
參軍后,經過預備學校政治思想與軍事素質的鍛煉,鄭穎人轉入哈爾濱空軍一航校機械科學習,畢業(yè)后又被軍隊選派到清華大學石油系儲運專業(yè)學習,后并入到北京石油學院直至畢業(yè)。
大學畢業(yè)后,鄭穎人被分配到哈爾濱軍事工程學院。1956年除夕,他乘著馬車、迎著風雪,到“哈軍工”報到,從此步入高等軍事學府的殿堂。到校后他被立即安排講授機場油庫建筑課程。當時他初出茅廬,沒有任何授課經驗,而手里只有一本厚厚的俄文版蘇聯(lián)教材。怎么辦?他抱著闖過教學關的決心,一邊翻譯,一邊寫講義,夜以繼日,埋頭苦干。4個月后,他編寫出20多萬字的講義,登上了講臺,一堂堂成功的授課得到了蘇聯(lián)專家和學員的一致好評。
1956年,作為新中國成立后第一批油料儲運專業(yè)的高材生,鄭穎人正躊躇滿志于軍隊油料領域一顯身手。但由于教學改革和軍隊建設的需要,他從熱愛的油料機械專業(yè)改行從事軍事地下工程建設。從油料機械到地下工程,專業(yè)相距十萬八千里,但他毅然服從組織安排。
他干一行、愛一行、鉆一行,幾個月后就帶著兩本教材,接受了帶領畢業(yè)班的學生到現場進行空軍第一個洞庫設計與教學任務。4個月時間,他順利完成了空軍第一座飛機洞庫結構設計和學員畢業(yè)教學任務,還指導學生完成了兩篇有一定學術水準的學術論文。就這樣,他憑借良好的力學基礎和勤奮努力,一步一步地走進巖土工程王國。此后,多次任務變更,環(huán)境變遷,他都能較好適應,完成了上級交給的各項任務,也使自己的專業(yè)面越拓越廣。
漫漫征途,以軍隊與國家需求為己任
江南的人文氣韻、情操節(jié)骨給鄭穎人的心靈烙下深深的印記。他有很強的工作責任心,一生執(zhí)著追求,敬業(yè)愛崗、銳意進取、精益求精,以軍隊與國家需求為己任。
即便在動蕩的文革年代里,他依然保持著知識分子的本色。1969年,他在自編教材中提出了圓筒形分離式地下油罐設計計算方法,為國家節(jié)省了大量鋼筋。1971年,他接受中國空軍設計部門邀請,完成了軟弱地層中掘開式飛機庫的結構型式與計算方法的研究,開創(chuàng)性地解決了軍事工程設計中的難題。1978年,他的“地下油罐結構設計”項目獲得全國科學大會獎并獲得先進個人稱號,出席了全國科學大會。
出席全國科學大會歸來,鄭穎人沒有在榮譽的光環(huán)里陶醉。面對中國巖土工程現狀,他的頭腦愈來愈清醒,思考愈來愈縝密,心情卻愈來愈沉重。他對記者說:“科學研究,總是踩在巨人的肩上,那是繼承,與國際爭鋒,拼的只能是創(chuàng)新精神。”
作為一名軍隊科研工作者,他重要的科研領域都在部隊。由于軍事工程的地域范圍十分寬廣,區(qū)域性土成為軍事工程建設中的重要研究領域。他在主持的“濕陷性黃土地區(qū)機場跑道沉降原因分析及其修復技術”課題中,提出了“壓實黃土雖然消除了原黃土的濕陷性,但在一般情況下,仍會遇水產生濕化沉降”的觀點,揭示了山西某機場20年來沉降不均,多次翻修無效的原因。他參加了國軍標《膨脹土地區(qū)營房建筑技術標準》的修訂,完善了營房建筑膨脹土的判別標準。通過大量試驗,他突破規(guī)范,提出了基于含水率變化的膨脹力和膨脹率的新概念,及其相應測試與計算方法。在某軍用機場建設中,他還提出機場場道與邊坡的膨脹土分級標準,以及膨脹土地基膨脹量的新算法,放寬了機場場道膨脹土填土地基原有設計標準,為工程節(jié)省了大量費用。
這些成果被民航設計部門作為機場建設的教材。成都雙流機場二跑道在學習了他們的科研成果后,改變了設計方案,取得了節(jié)省7000萬元的經濟效益。
巖土工程處處充滿挑戰(zhàn)。十幾年前我國對軟粘土質的地基采用強夯處理屢遭失敗,時年63歲的鄭穎人主動攬下了這塊“硬骨頭”,承擔了某軍用機場軟粘土地基的強夯處理任務。經過細致的理論分析和四次艱苦卓絕、規(guī)模龐大的現場試驗,提出了采用人工排水和“先輕后重、逐漸加能、少擊多遍、逐層加固”的強夯新工藝,在國內巖土工程界激起了一陣漣漪,被同行們稱為低能量夯擊法,獲得國家科技進步二等獎。由于我國及國際上軟粘土地基分布甚廣,也符合當前填海造地的迫切需求,這項技術結合后人的發(fā)展在全國各地推廣,而且在新加坡、印尼、越南等國家應用,為國家贏得了榮譽。
縱觀鄭穎人的科學研究生涯,他總是結合國家與軍隊的需要,適應工作環(huán)境的變化,不斷地拓寬專業(yè),翻越一個山頭,又奔向另一個山巔,上下求索,突破一個又一個難關,在多個領域綻放出創(chuàng)新之花。
鄭穎人進入后勤工程學院工作時,恰逢重慶的高速發(fā)展時期。重慶是一個秀麗的山城,山水相間,山坡林立,但也是一個地質災害頻發(fā)的地方。為適應這一變化,他又轉入到邊坡與滑坡工程防治領域與城市巖石工程領域。初到重慶時,他就打破了邊坡支護結構計算巖、土不分的慣例,提出了巖石邊坡支擋結構計算新方法,并與他人共同主持編制了重慶市地方標準《建筑邊坡支護技術規(guī)范》和國標《建筑邊坡工程技術規(guī)范》。
重慶可利用的平地不多,需要在淺埋隧洞的地面上修建高層建筑。于是,他提出了利用巖體與地下工程本身承載力的大膽構想,1992年,在四川自貢市僅有幾米厚的淺層隧洞上,稍經處理后直接修建十層高樓,獲得成功。為日后重慶市淺埋隧洞上修建幾十層的高樓提供了樣本,解決了困擾工程界幾十年的建筑難題,比常規(guī)的跨越結構節(jié)省了投資,縮短了工期。在重慶市的世貿大廈建設中,他在基坑與地下洞庫間采用最小的巖石間壁的研究獲得成功,為大廈多開辟了近8000平方米的建筑面積。
求是創(chuàng)新,科學研究的不竭動力
“求是務實,探索創(chuàng)新”是科學工作者的追求與責任,也是鄭穎人的治學格言。
該院政委宋海英說:“鄭院士的求是創(chuàng)新精神,是我們全院教職員工一生取之不盡的財富。”
中國的巖土力學與巖土工程研究必須有所創(chuàng)新,必須有所突破!這是他一生的理想和追求,也是他對巖土事業(yè)深深的情懷和強烈的責任感。
探索,探索,不倦地探索是他的精神支柱;唯有探索,才能創(chuàng)新,是他的信念。他始終堅持,科學來不得半點虛假;人的認識是有一個過程的,需要不斷的學習與繼承、實踐與感知、思索與升華,一步一個腳印,才能達到創(chuàng)新的境界,領略科學巔峰的無限風光。鄭穎人自喻,作為巖土科研戰(zhàn)線上的普通一兵,敢于創(chuàng)新,戰(zhàn)斗不息;作為一名嚴謹的學者,求是務實,奮斗不止。
鄭穎人不甘因循守舊。上世紀六七十年代,他就發(fā)現當時廣泛應用于地下工程設計的普氏拱理論有很大的局限性,而被國際上彈塑性圍巖力學新理論深深吸引,成為國內最早引入彈塑性圍巖力學和錨噴支護理論的學者之一。1975年文革后期,他與同濟大學合譯了卡斯特奈的《隧洞與坑道動力學》,率先把這一理論引入到他編寫的教材中,但當時國際上只有描述圍巖支護壓力與塑性區(qū)半徑關系的芬納公式,沒有導出位移解,當然更無法算出圍巖壓力。1975年,他修正了芬納公式;1977年率先導出了圓形地下結構的彈塑性與粘彈性塑性位移解,變形公式有了,變形與襯砌之間的關系也就推導出來了。這是我國首次提出基于圍巖與結構共同作用的圍巖壓力計算法,從而揭示了錨噴支護的力學原理,從定量上解釋了錨噴支護的柔性特征,更能有效發(fā)揮圍巖的自承作用,為“新奧法”原理做了有力的理論注腳。1978年,他的論文《圓形洞室圍巖壓力理論探討》油印稿被同行廣為傳閱。同年受第一屆礦山巖石力學會議邀請做主題報告,還為水利系統(tǒng)舉辦的巖石力學會議做專題報告。1979年3月,這篇論文在《地下工程》雜志上正式發(fā)表,在業(yè)內引起重大反響,被廣泛引用,并受邀在多個學術會議上宣講。1978年,當國際隧道工程專家云集巴黎,指出有望在特征線法基礎上獲得地下結構設計方法時,鄭穎人已把圍巖壓力的理論解推導出來了。
上世紀80年代初,當時國際上還沒有明確的巖土塑性力學這門學科,但巖土本構模型研究已經十分活躍。鄭穎人在巖土領域的研究中,逐漸發(fā)現巖土的塑性是巖土力學的靈魂,他決心寫一本既有巖土特色,又有力學系統(tǒng)的巖土塑性力學著作,開拓巖土塑性力學及其本構關系的研究。
那段時間,鄭穎人獨守方寸,馳騁在巖土理論王國,如饑似渴地讀書、查閱資料,吸收國內外巖土研究的最新成果。1982年底,他撰寫完成了《巖土塑性力學基礎》油印稿,歸納和發(fā)展了巖土塑性屈服準則,應變空間、多重屈服面塑性理論與巖土本構關系。該講義的出版在國內起到了啟蒙作用,也產生了轟動效應,在西安、重慶、北京舉辦了三次學習班。國內著名大學的一些博士、碩士生都托人來索取講義或進行復印。1987年,該書增加了龔曉南教授撰寫的巖土極限分析內容后,在建筑工業(yè)出版社出版。1992年,《巖土塑性力學基礎》獲得水利部優(yōu)秀科技圖書一等獎,在巖土界和力學界被譽為“國際水準的教科書”。接下來,鄭穎人在同行與朋友們的鼓勵下,又對經典塑性力學與巖土變形機制間的矛盾開展了深入研究,取得了很大進展,終于發(fā)現經典塑性力學已經作出的三個基本假設:一是采用一個傳統(tǒng)塑性勢,二是采用了關聯(lián)流動法則,三是假設應力主軸不旋轉,對巖土材料變形特性都不適應。他認為必須消除這些假設,才能將傳統(tǒng)的塑性理論發(fā)展成為巖土材料和金屬材料都適用的廣義塑性理論。據此,他建立起不同于經典塑性力學的巖土塑性力學,在經十幾所院校作為教材試用后,在“國家科學技術學術著作出版基金”資助下,先后出版了合著《巖土塑性力學原理》與專著《巖土塑性力學》。
鄭穎人對巖土材料的屈服與破壞做過深入研究,對不同情況提出不同的屈服準則。近年,他又導出了基于嚴格的力學理論的巖土三剪能量屈服準則,形成了材料的屈服準則體系。國際著名的屈服準則,如莫爾—庫侖準則、米賽斯準則、屈瑞斯卡準則、德魯克—普拉格準則等都是這一準則的特殊情況。最近他又向著新的目標巖土材料的破壞準則進軍和沖刺。
盡管他專業(yè)面很寬,創(chuàng)新領域很多,但他深深地認識到,既要敢于創(chuàng)新,又必須求真務實,治學必須嚴謹。鄭穎人常對自己的學生說,對取得的成果,既要不斷地驗證,經得起實踐的檢驗,力求做到本人及同行都確信不疑,不留疑點,又要不斷地宣傳,出手要快,及時傳播新的理念,推廣新技術,并聽取反饋意見。他認為學習和研究都有一個過程,知識不斷更替、創(chuàng)新,因而必須有與時俱進的思想,要研究知識的變化,敢于修正自己的不足,甚至是錯誤,在科學面前是人人平等的。
學用相長,讓理論與實踐相得益彰
鄭穎人的一個重要特點,就是既注重學術理論的研究,又注重理論的實際應用。他認為理論是創(chuàng)新的基礎、創(chuàng)新的靈魂,巖土理論是巖土工程發(fā)展的基石。科技研究的目的是為了應用,為了強國富民,因而必須盡快將理論轉化為先進技術,化作生產力服務于社會。作為科學家,不僅要提出一個方向,更要學會應用理論去分析實際問題、解決實際問題。
近十幾年來,鄭穎人潛心研究了有限元極限分析法的理論與應用,并作為他晚年的主攻目標。他發(fā)展與完善了辛克維茲提出的有限元強度折減法與超載法,不僅能求得巖土的穩(wěn)定安全系數和極限承載力,而且能求出巖土的破壞位置與形態(tài)。這種方法能極大地推動巖土領域多方面的技術進步,有助于開拓技術創(chuàng)新。他把理論迅速運用到邊(滑)坡、隧道、地基、基坑和抗震等多個巖土領域,革新與完善了設計計算方法。
鄭穎人將有限元極限分析法新理論用于地質災害的防治與預警預報工作,對抗滑樁的設計進行了重大改革,率先提出了抗滑樁合理樁長的設計計算方法,指出了目前抗滑樁設計既不能保證滑體不出現越頂,又會造成巨大的浪費。5年來,這項理論已在重慶市5個大型工程中應用,僅在武隆縣滑坡一項治理工程中就節(jié)省工程費用6000余萬元,經濟效益十分顯著。目前,正在應用新的理論進行三峽庫區(qū)滑坡預警預報的研究,提出了應用理論計算的位移—時間曲線與監(jiān)測的位移—時間曲線對比,以確定滑坡當前的穩(wěn)定安全系數,為滑坡預警預報提供了可靠依據。這種方法正在三峽庫區(qū)的某些滑坡預報中試行與發(fā)揮作用。
1982年,鄭穎人總結歸納了在圍巖壓力方面的研究成果,與同行合著出版了《地下工程圍巖穩(wěn)定分析》著作。國內的一些專家認為這是一部地下工程的經典著作,上世紀80年代許多研究生都讀過這部著作。時至今日,許多當年的學生還對這本書懷有深厚的感情,一些讀者至今仍要求作者修改再版。
2004年,鄭穎人和他的學生首創(chuàng)性地應用有限元強度折減法革新了隧洞設計計算方法,有力地推動隧洞設計水平再上新臺階。他們把近年研究的有限元極限分析法應用到地下工程計算,首次提出了地下工程圍巖安全系數,從此圍巖有了嚴格力學意義和明確統(tǒng)一標準的穩(wěn)定性定量指標。隨后他們又通過模型試驗與數值分析,系統(tǒng)地揭示了隧洞從淺埋到深埋的破壞機理全過程,由此提出了土質與巖質隧洞的合理設計計算方法。這是圍巖壓力理論一次質的飛躍,使數值計算進入數值極限計算,為地下工程設計提供了理論基礎。這一算法已在重慶市淺埋隧洞上修建高層建筑的工程安全評估中應用。
據了解,應用有限元極限分析法提出了地震作用下邊坡與隧洞的完全動力計算方法,能充分反映巖土與結構的動力效應,比當前國內外廣為應用的時程分析法又前進了一步,并得到了振動臺多次試驗的驗證。
由于有限元極限分析法的高度實用性引起了國內工程界的廣泛關注,鄭穎人的論文被廣為引用。2009年,他的論文引用率在全國百名作者排行榜上排名第12位,在全國力學行業(yè)排名第一;相關的兩篇論文入選“2008、2010年中國百篇最具影響國內學術論文”,一部合著入選“三個一百”原創(chuàng)性圖書,并獲政府出版獎提名獎。為了推進這一方法,他今年又推出了《有限元極限分析法及其在邊坡中的應用》新著,系統(tǒng)的闡述了該法的理論與應用。
近年來,鄭穎人把重慶市三峽庫區(qū)地災防治與預警預報和城市巖石工程,定為他晚年工作的重心,讓自己的理論研究更多地服務于西部人民。
默默奉獻,巖土工程領域的不倦追求者
有人對鄭穎人50年的巖土教研生涯作了概括:“執(zhí)著追求,淡泊名利,潛心科研,默默奉獻,一心撲在科技事業(yè)的發(fā)展上。”鄭穎人一生中也一直以“人是要有些精神的”這句名言激勵自己。記者感受到,這正是他工作的毅力與耐力所在。
鄭穎人就像是一塊巖石,一片土,既能鑄成梁,亦可鋪成路。他給人印象最深的是那種鍥而不舍的毅力和永恒的“巖土精神”。
該院院長李建評價他:“鄭院士一生都在孜孜追求科學真理,像火炬一樣,走到哪就燃燒到哪……”是的,鄭穎人將生命燃成火炬,在巖土工程的多個領域點燃了一團團旺火。
他的學生孔亮說:“鄭老師是我的恩師,不僅在我面前開啟了一扇通往科學研究的大門,使我領略了在浩如煙海的巖土工程領域進行研究的魅力,而且使我樹立了一生致力于巖土塑性力學理論與工程應用研究的理想和信念。鄭老師亦是我的良師,無論是在學術和科研方面,還是在精神追求、立業(yè)做人方面,他都給予了我源源不斷的滋養(yǎng)。鄭老師用他的人生實踐和教導,使我們秉承了他"踏實做學問、淡泊看人生"的精神衣缽。”
學生徐軍,在談到恩師時,激動不已:“鄭老師開了導師與研究生之間民主自由學風之先河。在他面前,我們沒有代溝,你可以就學術問題爭吵、辯論,無所顧忌;在他的辦公室、家里,常??梢钥吹?、聽到熱烈的辯論。這個自由的學術空間給得多大啊!”
學生陸新發(fā)自肺腑地說:“鄭老師既教我專業(yè)的學問,更教我做人的道理。一次,鄭老師去北京參加一個學術會議。臨行前一天,他腰痛病犯了,幾乎不能站立,我們都勸他晚兩天去參加。他卻說,做人也是做學問,答應人家的事,就得兌現承諾。望著導師勾背弓腰上車的身影,我們無不感慨。”
《巖土工程界》雜志社社長苗國航說:“鄭教授給我們的感覺很寬容、平和,心靜如水、淡泊名利,一心一意育人、做學問。”一次會議中,孫鈞院士當著全體大會人員給他做了一個評價:“潛心科研,默默奉獻。”
……
科學無涯,巖土常青。雖已耄耋之年,但鄭穎人壯志不減,帶領年輕人勇往直前,奮斗不止……