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赖远明院士:与青藏高原冻土结缘20载
2015-06-10 23:55:28 来源:光明日报 作者:赖远明 【 】 浏览:3074次 评论:0

  【创新路·科学人】

  作者:中国科学院院士、冻土与寒区工程研究专家 赖远明

  2006年7月1日,中科院寒旱所组织60多名外国专家,坐上了开往拉萨的列车,这也是我第一次坐上青藏铁路的列车。当列车员讲解到“主动冷却路基”时,眼泪不由自主地从眼眶中涌出。我转过头,看着窗外飞驰而过的雪山,4年来,千百次的实验和思考在脑海中浮现。

  在青藏铁路格尔木至拉萨段1118公里的总里程中,有960公里在海拔4000米以上。在如此多冻土地区修建铁路,在世界铁路史上是罕见的。“主动冷却路基”是我们找到的解决冻土世界难题的方法。

与青藏高原冻土结缘20载

赖远明近照 资料照片

  我与冻土结缘,是在20世纪90年代。1994年,在一次去长沙出差的火车上,和中铁西北科学研究院的一位科技工作者闲聊,他说他是研究冻土的——那是我第一次听说“冻土”这个词。作为在江西出生、长大的人,我当时感觉冷得起了一身鸡皮疙瘩。那个年代,研究冻土是绝对的冷门,当时在兰州交通大学土木系任教的我,对冻土更是一无所知。当得知冻土研究在国际上还有很多空白,有许多问题需要解决时,我对这个“冷门学科”有了一种莫名的亲近。1996年,我在中科院寒旱所(当时的兰州冰川冻土研究所)攻读博士学位,开始了和冻土的亲密接触。

  我做事情比较挑剔、追求完美,一件事情喜欢从不同的层面思考,曾经为了一行字推敲了一个星期。而科研工作,正需要这份挑剔。2002年,研究所接到了国家关于解决青藏铁路修建中冻土路基及寒区隧道问题的任务。冻胀和融沉是保证青藏铁路冻土路基热稳定性需要解决的主要问题。时任兰州冰川冻土研究所所长、中科院院士程国栋提出“主动冷却路基”的方法,但主动冷却路基如何修建?从理论分析到实验数据,在国内外冻土工程学研究中都是空白。比如青藏铁路上的碎石路基,选择多大粒径的碎石最合适?是否粒径越大降温效果越好?这组实验前后历时200天,进行到第150天左右时,我们终于找到了拐点——10~30cm粒径的块碎石降温效果良好,粒径为22cm时对冻土的降温效果最好。得到这个结果,我如释重负,心中的石头终于落地了。这种“U”形块碎石路基结构,在未来50年青藏高原气温上升2.6摄氏度情况下仍能保证冻土热稳定。

  在人生的道路上,起关键作用的往往就几步。现在回忆起来,能取得今天的成绩,要感谢我的伯乐程国栋院士。2008年,南方有所大学招聘副校长,作为南方人,我动了回家乡的念头。程老师劝我:“江西没有冻土,一旦去了那里,你的学术研究将不完整、不系统。”是啊,我暗自对自己说:“刚来甘肃流鼻血、吃黑面馍馍的日子都熬过来了,已经适应了西部的生活,更重要的是冻土还有很多现象和机理没有揭示。”

  青藏高原的隧道由于冻土的原因,漏水、挂冰现象严重,需要24小时人工清除冰锥,并且基本两三年报废一个隧道。攻克这些难题,有时候会付出一些意外的代价。2002年,在承担青藏铁路修建中冻土路基及寒区隧道课题过程中,我在青藏线“第一长隧”昆仑山隧道采样时“负伤”了。

  昆仑山隧道海拔4600米,隧道向里打通600米左右时,我进入隧道内采集岩石样品。未打通的隧道内空气更加稀薄,当时忙着采集样品没太顾忌,谁想到缺氧三个小时之后,头痛欲裂、恶心呕吐。从那以后,我的后脑勺时常会疼,记忆力也明显不如从前。但是,这次“负伤”却解决了青藏铁路风火山隧道、昆仑山隧道衬砌和保温措施的参数优化设计问题,消除了冻胀和融化对这两座冻土隧道的破坏作用。这两个隧道目前已经服役10年,没出现任何问题。

  作为科技工作者,勤奋是很重要的。小时候奶奶曾对我说,即使天上掉馅饼,你也要第一个起床才能捡到,否则都被别人捡走了。每天半夜12点睡觉、早晨6点起床,是我保持了多年的习惯。冻土研究这一冷门学科,虽然现在变成了热门的学科,冻土变成了“热土”,但中国作为世界冻土面积第三大的国家,依然还有很多空白在等待我们研究,有很多与冻土领域关系密切的工程需要我们提供理论支持和解决方案。现在我还在继续研究在冻土地区修高速公路、高速铁路的相关课题。来西部32年,结缘冻土21载,我现在的状态还是:科研一直在路上。

  (光明日报记者宋喜群 光明日报通讯员刘晓倩采访整理) 

  人物链接

  赖远明,1962年8月生于江西龙南,1983年毕业于江西理工大学,1999年在中国科学院寒旱所(当时为兰州冰川冻土研究所)获博士学位,2000年被任命为冻土工程国家重点实验室副主任,2011年当选为中国科学院院士。

  赖远明长期从事寒区工程理论和数值分析的研究工作,提出了冻土的强度准则,建立了冻土的多屈服面、非关联的广义弹塑性本构模型和冻土蠕变损伤统计本构模型。他研究了块碎石层的降温效果及降温机理,建立了块碎石类路基流体—固体耦合传热温度特性分析的数学模型,研发了具有多级降温机制的U形块碎石路基和通风管—块碎石复合路基等“主动冷却路基”的结构新形式,提出了寒区工程的冻害预报方法和综合防治技术。他曾获国家科技进步特等奖、国家科技进步二等奖和国家技术发明二等奖,2014年获得何梁何利基金科学与技术奖。

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Tags:赖远明 院士 青藏高原冻土 责任编辑:可可西里
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