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陈宗基:中国土流变学、岩石流变学研究奠基人

发布时间:2021-12-02 10:06:13  作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:
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编者按:2021年是中国共产党成立100周年。在全党开展党史学习教育和全省开展“再学习、再调研、再落实”活动之际,由中国侨联信息传播部指导,福建省侨联主办,各设区市侨联等协办,联合推出“追梦中华・学侨史  忆侨杰”专题宣传。报道百名闽籍华侨华人和归侨侨眷代表(或事件)与祖(籍)国心连心同呼吸共命运的百年历程,投身中华民族独立解放、社会主义现代化建设、实现伟大复兴中国梦的伟大实践,展现敢拼会拼爱国爱乡无私奉献的华侨精神,进一步凝聚实现全方位推动高质量发展超越、开启第二个百年奋斗目标新征程的磅礴福建侨界力量。


陈宗基(1922—1991年),福建安溪人,印度尼西亚归侨、荷兰归侨,著名的土力学家、岩石力学家和地球动力学家。曾任荷兰德尔夫特土力学研究所中国科学院土木建筑研究所研究员、土力学研究室主任兼国家建委黄土研究组副组长、国家建委黄土研究组副组长、国家科委三峡组岩基分组组长、中国科学院岩体土力学研究所研究员兼副所长、中国科学院地球物理研究所研究员兼所长、全国侨联副主任、全国人大华侨委员会副主任。中国科学院院士,在国际上首创土流变学,是中国土流变学、岩石流变学研究奠基人,他提出的“陈氏固结流变理论”“陈氏粘土卡片结构”“陈氏屈服值”“陈氏流变仪”等被国际上公认。

图1:陈宗基.jpg

生于印尼 学于荷兰

陈宗基祖籍福建省安溪县,先世移居印度尼西亚,父亲在印尼经商有成,家境良好。1922年9月15日,陈宗基生于印度尼西亚爪哇岛苏加巫眉镇。富裕的家境,让陈宗基从小受到良好的中西教育,1941年考入印尼万隆工学院。一个很偶然的机会他了解到遥远的祖国有一条黄河经常泛滥,给黄河下游百姓带来深重灾难,遂决定学习水利,为祖国分忧。

陈宗基决定远赴荷兰留学,因为荷兰在水利某些领域的研究水平居世界前列。1939年,荷兰皇家科学院成立了以伯格斯教授为首的流变研究小组。

1946年,陈宗基进入荷兰德尔夫特科技大学水利工程系学习。1948年,他在学习期间,就对荷兰沃拉格曼大桥桩基竣工两年后即发生破坏的原因进行了分析。当时工程界普遍认为这是由孔隙压力造成的。但陈宗基认为土中的空隙压力会随时间延长而逐渐消失,在剪应力作用下的变形却会随时间延长而增加,从而提出在土力学理论中必须考虑土的流变特性和三向应力、大变形这一新概念。为了发展这一新概念,荷兰德尔夫特科技大学专门拨给他经费从事研究。1949年获工学学位。

毕业之后,德尔夫特土力学研究所聘请他到该所进一步开展有关研究工作。1952至1954年,他在荷兰皇家科学院著名物理学家、力学家波格斯教授指导下,引进近代流变学、塑性力学和胶体化学原理系统地进行了土流变的实验研究和理论探索,在国际上最早创立了土流变学,为土力学开创了一个新的研究途径。1954年,他在荷兰因研究土流变学卓有成就,获德尔夫特科技大学博士学位并获奖状,并获得博士学位。

谢绝繁华 回国苦斗

陈宗基不仅是有博士学位和享有盛誉的青年专家,而且精通英、法、德、荷、印尼五国语言,所以他还未毕业,联合国教科文组织就向他伸出了橄榄枝,力邀他加盟,美国和印尼的多家研究机构也都以高薪争相竞聘。陈宗基对每一家争聘单位的回答都是一样的:“我选择好了,我回到我的祖国—中国,我要去治理那条老是泛滥的黄河。”

1955年9月,陈宗基抵达北京,进入中国科学院工作。他北去哈尔滨,担任位于此处的中国科学院土木建筑研究所研究员兼土力学研究室主任,同时兼任国家建委黄土研究组副组长。1958年,他又奉命卸去国家建委黄土研究组副组长一职,再兼任国家科委三峡工程岩基组科技组长,直至1962年。同年,他兼任大冶铁矿及塘沽港码头的岩土工程顾问。1963年陈宗基调往武汉,出任中国科学院武汉岩土力学研究所第一副所长。期间在1964年至1973年,兼任中国人民解放军工程兵部专家和顾问,指导中国核爆炸效应实验及防护工程研究。1972年至1988年,他又兼任指导长江葛洲坝岩基工程的专家和顾问。1978年起,他相继担任中国科学院地球物理研究所副所长、所长兼地球动力学研究室主任,着手开创了地球动力学研究。

陈宗基主持建立了国际一流的土流变学、岩石流变学和岩石高温高压实验室,研制出几十种先进的仪器设备,仅岩石高温高压实验室就研制了三套具有国际先进水平的高温高压实验仪器设备。

长期以来,国家哪里有重大建设项目哪里就有陈宗基攻坚克难,国家发展中遇到的难题就成为陈宗基科学研究的课题,并在这过程中成为世界级的科学家。

陈氏学说 世界首创

一生淡泊名利的陈宗基,却因事事处处以国家需要为重,在为国攻坚克难之中,不经意地开创了造福于世界、也令其载入史册的陈氏学说。

陈氏学说最大特点即是世界首创,由土流变学、岩石流变学两部分组成。

回国之后,陈宗基着手开始对中国黄土和沿海软土进行了大量实验研究,进一步发展和丰富了土流变学,对中国黄土结构及其特殊的力学性质提出了微观流变的基本原理,并研制出新的实验仪器。陈宗基通过对粘土的试验研究,1957年,他继1954年在国际上首次提出土流变学之后,又提出了“粘土结构力学”新学说,用以阐明土的流变和破坏特性。1959年他的这一学说被挪威物理化学家罗森维斯特用电子显微镜的观察所证实。陈宗基的这个学说已被编入国外教科书。

陈宗基在国际上首次提出土的三向固结流变理论。在这之前,国际上一般都认为时间因素是由固结引起的。而陈宗基的理论则强调由偏应力张量引起的土骨架流变占很重要的地位,而由球应力张量引起的时间效应是很有限的。他通过实验和理论推导,得出了土力学中长期未解决的次时间效应问题。

1956年,陈宗基以自己的三向固结理论,解答了一向、二向固结和次时间效应问题。1961年他将这一理论发展到线性各向异性的课题。1964年又发展到非线性流变固结问题。

陈宗基在国际上首先发现粘土存在着三个变形阶段和三个屈服值(f1,f2,f3),其中,关于第三屈服值f3或叫最高屈服值的概念,对于工程的长期稳定性具有重要意义。

1961年,陈宗基建议在工程设计中采用第三屈服值f3进行稳定计算。这一观点,在国际土力学与基础工程学会大会及国际理论与应用力学学会流变力学和土力学大会上,得到普遍重视。这个屈服值已被称为“陈氏屈服值”。

陈宗基还对动荷载作用下土的流变特性进行了探索,并于1958年在国际上首先研制出电动式和机械式两种土动力三轴仪。陈宗基在土流变学方面的研究方法和研究成果也适用于软弱岩体及坚硬岩体中的软弱结构面。

在土流变学方面,陈宗基先后撰写了70多篇论文,这些论文先后翻译成荷兰、法国、瑞典、葡萄牙、苏联、日本、波兰、前南斯拉夫、美国等国家的文字,广为流传,引起国际土力学界的高度重视。

在岩石流变方面,陈宗基率先于1959年在长江三峡水利枢纽现场平洞围岩中进行了流变试验,当时国际上只有少数人注意到这个问题。1961年,他将岩体流变理论推广到各向异性岩体。1965年,他根据对节理岩层的试验研究,从理论上解答了层状岩体中隧洞围岩应力分布课题,提出了围岩应力随时间而转动和由于岩体流变回弹,衬砌所受压力随时间而增加这两个概念,并指出当时普遍采用的普氏理论的不合理性。

20世纪70年代,陈宗基又从岩石微观结构研究出发,考虑岩体的成因和历史,提出岩体内应力的来源与释放学说,指出天然岩体必须存在位错、裂隙和地应力,从而导致岩体具有流变特性。他还根据实验观察与理论分析,提出岩石扩容的本构方程。1979年发表了论文《岩石封闭应力、蠕变、扩容及本构方程》。1981年他根据对长江葛洲坝水利枢纽地基泥化夹层的研究,写出论文《泥化夹层的剪应力松弛和蠕变性质及其在坝工设计中的重要性》,在国际软岩学术会议上发表,引起震动。1983年,他进一步发展了流变扩容理论,在第五届国际岩石力学大会发表了论文《在岩石破坏和地震之前与时间有关的扩容》,并用流变学的观点研究了膨胀岩的变形机理。1984年在比利时皇家科学、文学与艺术院作了题为《岩土的第三屈服值及其在工程上的重要性》学术报告,受到高度评价。

陈宗基保持了极长的科研创新青春。1988年,陈宗基从流变学的原理出发,对新奥法(NATM)隧道施工进行了创造性的研究,重点涉及围岩蠕变、扩容和构造应力等课题。根据他提出的本构方程,进行了围岩稳定有限元分析。在此基础上,对隧洞围岩加固措施,提出了合理化建议。1989年他又发表了论文《用8000kN多功能三轴仪测量脆性岩石的扩容、蠕变和松弛》。该文全面地描述了新型8000kN伺服控制多功能三轴仪,系统地介绍了岩石在脆性范围内确定扩容参数的新方法,分析了与时间有关的扩容过程。试验中,采用的最高围压为400MPa,最高温度为250℃。

在世界土力学、岩石力学、流变力学和地球动力学方面,有许多专有学说与技术,被直接以“陈氏命名”,因为他们都是陈宗基的研究成果且居于世界前列。如,他在粘土的试验研究中提出的新学说,被国外教科书称作“陈氏卡片结构”;在土的变形和温度理论以及动力特性研究方面提出的“陈氏屈服值”,被广泛应用于工程实际;所研制的土膨胀压力仪,被国际上称为“陈氏固结仪”;他对岩石流变、扩容、封闭应力等的研究成果也举世瞩目,国际上曾称作“陈氏成果”。

造福国家 功在千秋

陈宗基科研成果直接运用到祖国重大工程建设项目中,为国建立殊功。

陈宗基为三峡水利工程和葛洲坝工程建设做出了巨大贡献。

1958年,陈宗基兼任国家科委三峡岩基组科技组长,从事并指导长江三峡水利枢纽岩石力学问题的研究。尽管陈宗基因心脏病突发未能亲眼看到三峡工程的整体完工,然而当年他带领技术团队曾用3年的时间进行室内和现场岩石力学试验,为后来的过程设计提供了大量数据。

1972年,陈宗基出任葛洲坝工程作为坝基工程技术顾问,参与了设计与施工方案制定,他对原设计方案及爆破施工方案提出带根本性的修改意见,由于符合实际,最后被工程单位所采纳。1981年,他还到中南海参加国务院商讨葛洲坝大江截流重要会议,主持会议的中央领导,专门请他对大坝的稳定问题发表结论性意见。

陈宗基还参加指导南京长江大桥、五强溪水电站、二滩水电站、黄河龙门水利枢纽、麦积山石窟国家重点文物加固工程、镍都金川地下工程、抚顺西露天矿边坡工程、国防工程及攀西裂谷矿产资源、福建地热资源开发等一大批功在当代利在千秋的大型建设项目的设计与施工,解决了一系列岩石力学与工程问题。

两国院士 归侨领袖

陈宗基赤诚地爱着祖国和人民。20世纪60年代之初,中国时入三年国民经济困难时期,食品奇缺。当时,他携家人回印尼探亲。家中有亲人见状,劝他留在印尼或转道欧美,免得回去忍饥挨饿。陈宗基坚决不允,他说:“如果我是为个人活着,我当年就不会回国,我是为我的祖国而活着而奋斗的,我要
与祖国共患难。”探亲假一到,他立即回国,与全国人民一道节衣缩食,多次请求减薪,助国共渡难关。

也正是因此,陈宗基深受中国共产党和人民的信任。他曾当选为第二、三、四、五、六届全国人大代表,还曾任全国人大常委会委员、华侨委员会副主任委员和全国侨联副主席等。

作为具有国际影响的世界级专家,1980年陈宗基当选为中国科学院学部委员(院士),1984年他被比利时皇家科学、文学与艺术院选为外籍院士,1986年被比利时国王授予“利奥波德二世一级骑士”称号,并授予勋章和荣誉证书。他曾获3项中国科学院科技进步一等奖、一项国家科技进步二等奖,并获国际岩石力学学会荣誉奖状。

陈宗基先后兼任了大年学术职务。在担任中国科学院地球物理研究所副所长、所长期间,先后兼任中国地球物理学会、中国地质学会、中国国际科技会议中心理事及中国岩石力学与工程学会理事长等多项职务工作。此外,先后兼任《岩石力学与工程学报》主编、《地震研究》主编、《地球物理学》副主编等编务工作;还担任国际岩石力学学会副主席兼该会中国组主席及多种岩石力学、岩石工程国际杂志的编委、顾问、专业委员会委员等项工作。

1991年9月25日,陈宗基因心脏病突发,在上海逝世。临终前,他还挂念着抚顺西露天矿边坡工程建设。

陈宗基逝世后,为传承他的精神和培养人才,中国岩石力学与工程学会与中国科学院武汉岩土力学研究所联合开设“陈宗基讲座”,每年举办一次大规模学术活动;中国科学院武汉岩土力学研究与武汉理工大学共建“陈宗基岩土工程精英班”。


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供稿来源:共和国归侨(福建卷)

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