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赖远明 将生命融入“冻土”

文章来源:《科学新闻》   作者:   点击:2290   更新时间:2016-1-26  

 

2006年,青藏铁路正式开通。赖远明陪同60多名外国专家乘坐列车进行科学考察。看着钢轨以雄伟的姿态在雪域高原上延伸,展现在世界同行面前,赖远明心中升腾起万千感慨。
“亲眼看着我们中国人自己研发的关键技术从实验室走出来,为青藏铁路这样世界级的伟大工程的运维提供支撑,无疑是对一名科研工作者最大的褒奖和安慰。” 中科院寒区旱区环境与工程研究所(下称寒旱所)冻土与寒区工程研究室主任、中科院院士赖远明对《科学新闻》说,那一刻,他回想起了无数个在研究室和野外为此奋斗的日日夜夜,回想起刚回国即破格入选“百人计划”时誓将生命融入“冻土”的宏愿。
雪域冻土梦
中国是世界上冻土面积第三大的国家,仅次于俄罗斯和加拿大,冻土面积约占国土面积的22.3%。其中,青藏高原作为世界之巅,高海拔造就了其不同于其他冻土区的特点。
“在旁人眼中,‘冻土’只是一个冰冷遥远的字眼,但它已融入我的血液,成为我生命的一部分。”赖远明回想自己30年冻土研究的生涯,脸带笑意。
在很多人看来,冻土工程学既是一门繁琐枯燥的学科,又需要常年与野外严酷的自然环境打交道。而且相比其他学科而言,从事冻土研究的人并不算多,这是一个名副其实的“冷门”专业。但强烈的兴趣和热情使赖远明对冻土研究甘之如饴。
“对从事冻土工程研究的科研工作者而言,入行时往往都是兴趣使然,之后在研究中逐渐对工作产生了强烈的热情。对我来说,这意味着自己终于找到了毕生为之奋斗的目标。正是这份对冻土研究矢志不移地热爱,坚定了我们的意志力和使命感,促使我们在冻土领域驰骋前行。”赖远明对《科学新闻》表示。
“百人”襄助力
1998年9月,赖远明被公派前往加拿大Laval University留学。
加拿大丰富的冻土研究文献是一个巨大的宝库,赖远明一头扎了进去,他复印并学习了很多专业领域的经典专著。1999年9月,他学成回国,奔赴雪域高原广袤的冻土地带,在那里,青藏铁路工程亟待上马。
彼时,时任兰州冰川冻土研究所所长、中科院院士程国栋求贤如渴。国家非常需要既搞土木工程、又懂冻土,并愿意扎根西部的优秀人才。
刚刚学成归来的赖远明早已进入程国栋的视野,但他并不满足当时“百人计划”所要求的博士毕业后工作满五年,并在国外具有两年以上科研工作经历的条件。在程国栋的极力推荐下,赖远明最终破格入选“百人计划”。
“‘百人计划’为我的科研工作注入了一股新的活力。”赖远明回忆说,在“百人计划”的资助下,他所承担的中科院“西部寒区道路及隧道工程的设计计算理论研究”项目,在寒区工程方面做了较为系统的研究。在国内外,率先研究了渗流对冻土温度的影响规律,建立了冻土粘塑性本构关系,提出了寒区工程温度场、渗流场和应力场三耦合问题的数学力学模型,并对寒区隧道在渗流体积力和冻土蠕变及体积冻胀荷载作用下,隧道衬砌和围岩的应力场及温度场进行了数值模拟。这一研究成果填补了国内外在寒区隧道计算理论方面的空白。
寸草报春晖
青藏高原的多年冻土大多属高温冻土,极易受工程的影响产生融化下沉。因此,高温冻土及全球变暖使青藏高原铁路的修筑面临严峻的挑战。
2002年,赖远明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。在青藏线“第一长隧”昆仑山隧道和世界最高海拔铁路隧道“风火山”隧道的修建过程中,由于资料匮乏,赖远明根据冻土物理学和冻土力学基本理论,反复研究了冻害对隧道的破坏机理,建立了冻土隧道气—固—水分迁移耦合问题的对流换热与围岩相变传热模型,攻克了沿隧道不同进深洞内气温及围岩冻融变化特征的计算难题,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。
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。曾任国际冻土协会主席的程国栋提出“主动冷却路基”的方法,但主动冷却路基如何修建,这在国内外冻土工程学研究中皆是一个空白。
在数据和文献十分有限的情况下,赖远明主持的团队经过近4年的艰苦攻关,揭示了块碎石层路基的降温机理和效果。通过对碎石层进行模拟实验发现,不同粒径块碎石对冻土层有不同的降温效果。最后发现了满足这一效果的块碎石粒径拐点,得出的结论是10~30cm粒径的块碎石降温效果良好,22cm是最佳粒径,研发了在未来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的“U”形块碎石路基结构。
2008年,“青藏铁路工程”荣获国家科技进步特等奖,这再次对赖远明团队作为主要得奖人所付出的努力和艰辛给予了高度的认可。
2011年,赖远明当选中科院院士。谈及未来,他用一贯恳切朴实的话语向《科学新闻》表示:“我感到肩上责任更大了,能为国家的科技进步、人才培养及国家的建设尽自己的绵薄之力,是我作为科研工作者最大的心愿与永恒追求的目标。”■

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