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【理工人】赖远明:破冻土难题 创天路奇迹

个人概况:赖远明,1979—1983年在江西冶金学院矿山机械专业学习。2011年当选中国科学院院士,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员。赖远明在国内外第一个根据传热学、渗流理论和冻土力学提出了带相变的温度场、渗流场和应力场三场耦合问题的数学力学模型,应用伽辽金法导出了这一问题的有限元计算公式,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和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。

赖远明:破冻土难题 创天路奇迹

他来自江西龙南一个偏僻的小山村;他32岁第一次听闻“冻土”时起了一身鸡皮疙瘩;来西部32年,结缘冻土21载,经过千百次实验,他成功破解了青藏铁路修建中冻土如何“保冷”的世界级难题。他49岁当选中国科学院院士……

他是中科院寒区旱区环境与工程研究所(以下简称“寒旱所”)研究员赖远明,处女座的他做事挑剔、追求完美,把论文“写”在了祖国大地上。

火车偶遇“冷门学科”

昆仑山下,一条闻名于世的钢铁大动脉穿过戈壁冻土,跨越雪域高山。这就是中国新世纪四大工程之一、被誉为“天路”的青藏铁路。

2006年7月1日,青藏铁路正式通车运营。这一天,寒旱所组织60多名外国专家,坐上开往拉萨的列车,心潮澎湃的赖远明也在其中。“青藏铁路北起格尔木,南至拉萨,全长1118公里,有960公里在海拔4000米以上。在如此高海拔、多冻土地区修建铁路,在世界铁路史上实属罕见。中科院寒区旱区研究所的科研人员利用主动冷却路基的方法解决了多年冻土、脆弱生态、高寒缺氧这三大世界铁路建设史上的难题……”当列车员讲解到“主动冷却路基”时,赖远明的眼泪禁不住夺眶而出。他转过头,看着窗外飞驰而过的雪山,4年来千百次的实验情景在脑海中浮现……

我很激动也非常自豪!”回忆当时情景时,记者面前这位破解了青藏铁路“保冷”难题的功臣依旧难掩激动之情。

说起最早与冻土结缘,赖远明告诉记者,那是一次偶遇——1994年,一次去长沙出差的火车上,赖远明与中铁西北科学研究院的一位科技工编辑闲聊,“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赖远明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,赖远明对这个“冷门学科”产生了一种莫名的好感。1996年,赖远明在寒旱所(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。

攻克世界难题

“我是处女座,做事情比较挑剔、追求完美,一件事情喜欢从不同侧面、不同层面去思考,曾经一行字推敲了一个星期。”赖远明笑称自己不善言谈,更喜欢思考,而科研工作正需要这份挑剔和固执。

2002年,寒旱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。

青藏铁路中有一半是多年冻土地段。冻土是指温度在0℃或0℃以下,含有冰的各种岩石和土壤,受工程的影响,冻土极易产生融化下沉。青藏铁路修建过程中,要穿越连续多年冻土区550公里。如何保证修建中冻土不融沉、路基保持稳定,西方人士曾判断“这是无法攻克的世界性难题”。

在冻土区修建铁路,传统保护冻土的方法是设置保温材料,“就好像为了保证冰棍儿不融化,给它盖上一层棉被保冷。”赖远明说明说,但用这种方法保温的冰棍儿早晚还是要化掉。因此,青藏铁路的设计思路要从“被动保温”转为“主动降温”。

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?从理论分析到试验数据在国内外冻土工程学研究中都是空白。

“最难的就是没有规范,大家的工作从一开始就注定必须创新。”

“比如青藏铁路上的‘U’形块碎石路基,选择多大粒径的碎石最合适?是否粒径越大降温效果越好?在试验进行到第150天左右,大家终于找到了拐点——10-30cm粒径的块碎石降温效果良好,当粒径为22cm时对冻土的降温效果最好。”得到这个结果,赖远明如释重负,“心中的一块儿石头终于落地了。”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。

2008年,“青藏铁路工程”荣获国家科技进步奖特等奖。

高原“负伤”解难题

科研工作需要创新,更需要吃苦的精神,尤其是高海拔野外工作,时时处处都可能发生险情。

由于冻土的原因,青藏高原的铁路隧道漏水、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。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,赖远明在青藏线“第一长隧道”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,赖远明进入隧道采集岩石样品。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,头疼欲裂、恶心呕吐。”赖远明说,读书的时候,自己甚至能准确记住哪条公式在书上的哪一页,自从那次大脑长时间缺氧以后,自己的后脑勺时常会疼,记忆力也不如从前。

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。

科研路上的“关键步”

1962年8月生于江西龙南的赖远明,其人生道路可谓平坦——1983年毕业于江西理工大学,1986年在兰州交通大学获硕士学位留校任教,1999年在寒旱所获博士学位,2000年被中国科学院寒区旱区环境与工程研究所学位委员会评为博士生导师,同年12月被任命为冻土工程国家重点实验室副主任。

看似平坦的人生缘何成就辉煌?“在我的人生的道路上,起关键作用的就是几步。”赖远明如是总结,“现在回忆起来,能取得今天的成绩,要感谢伯乐程国栋院士”。赖远明人生中关键的第一步是进入中科院“优秀百人计划”,“这是我科研经费的第一桶金,让我有资金去买设备做实验,优秀的学生也可以加入到我的团队”。

那是1999年,举世瞩目的青藏铁路工程亟待上马,事实上,当时赖远明并不满足“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。“当时,我只出国学习了一年。”赖远明回忆,在程国栋院士的极力推荐下,他被破格录取了。程院士的理由是:国家太需要这样既懂土木工程又懂冻土,并愿意扎根西部的优秀人才了!当时的冻土专家多是地质地理专业背景,主要研究冻土的天然属性,难以在冻土路基结构设计方面提出精准的解决方案。

接下来,赖远明获得了国家杰出青年科学基金,“这是我人生中关键的第二步,他给予我鞭策,为2005年获得国家科技进步奖二等奖打下基础”。关键的第三步,赖远明坦言自己差点儿走歪了。2008年,南方有所大学招聘副校长,作为土生土长的江西人,赖远明动了回南方的念头,“程老师劝我一定要慎重作决定,这将对我的人生有很大的影响。南方没有冻土,一旦去了那里,我的学术研究将不完整、不系统。”留下吧!赖远明也暗自给自己鼓劲。“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。”说到这里,赖远明笑了:“现在有人问我是哪里人,我都会说我是甘肃人。”来西部32年,结缘冻土21载,赖远明感叹,冻土研究这门冷门的学科,变成了热门的学科,冻土变成了“热土”,“但依然还有很多空白在等待大家研究,有很多与冻土领域关系密切的工程需要大家提供理论支撑和解决方案”。

赖远明认为,青藏铁路给了他报效祖国的机会,他常常对学生说,做科研不仅要讲论文发表到国际一流的杂志上,更要解决工程中的实际问题,把论文写到祖国的大地上。

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。将来能达到什么高度,并没有太多设想,每天挖山不止,不断地做就好。”

“回家的感觉真好”

中国科学院院士赖远明校友回母校纪实

2012年3月16日下午,赣州市在连日来的阴雨天气后,终于露出了久违的太阳。校长叶仁荪、副校长伍自强一行10余人,驱车前往赣州黄金机场,迎接我校83届校友、中国科学院院士赖远明荣归母校。一路上,校领导们深情回顾着赖远明院士在校时的学习生活点滴,学生代表们则欢快地交流着即将一睹院士学长风采的激动心情。3时20分,当广播里响起飞机已抵达黄金机场时,请各位旅客做好接机准备时,叶仁荪一行在赣州机场出口处翘首企盼,目光凝视;学生代表们拉开横幅,手捧鲜花。在走向出口的三三两两的人群中,伍自强一眼便认出了自己30年前的同学,“远明,欢迎你回来”。 时间仿佛又回到了30年前,赖远明和叶仁荪等一一握手致谢,“谢谢叶校长,谢谢老同学,早就想回来看看了,回家的感觉真好!

“昨天你为学校骄傲,今天学校为你自豪。”校园里悬挂着欢迎赖远明校友的横幅,处处洋溢着喜庆的氛围。回到学校,稍作整顿,赖远明便迫不及待地来到校党委书记熊正明等领导和老师的办公室一一拜访,叙说着母校翻天覆地的变化,表达了对母校深深的感谢与思念。“这是一次感恩之旅,感谢曾经培育我的学校和恩师”。赖远明与赣州市委常委、副市长陈晓春,校长叶仁荪、党委副书记张建中、副校长伍自强一同来到我校校史馆。在校史馆内,赖远明深情地凝视着每一幅记载着母校历史的图片,曾经大学生活里的一幕幕重现在眼前。顿时,他的脸上多了一份学生时代的纯真和激情,如数家珍地讲述着自己当年吃饭的食堂,每天看书的图书馆,居住过的寝室,还有那些可爱的同学们……这一切,就好像刚刚发生,是那么的刻骨铭心,永世难忘。此时的他完全沉浸在学生时代的幸福回忆中,仿佛又回到了曾经那个风华正茂的年代。

“今晚,我校校友、中国科学院院士赖远明做客我校八角讲坛,谁有余票,急求”,经管学院10级赵伟在微博上说,“这是我校培养的首个院士,大家都很期待,所以票一下子就被‘抢光’了”。“求赖远明院士讲座全稿”,在讲座前几天,同为我校校友的江西环境工程职业学院沈林老师就在QQ群里发布消息,想拜读下赖远明院士的讲座全文。不到7点,大礼堂内便座无虚席,过道里挤满了慕名而来的学生,整个大礼堂人头攒动。

“今天非常荣幸回到母校,与学弟学妹们共叙友情,畅谈人生理想,同时衷心地感谢关心和支撑我的母校。斗移星转,时光飞逝,变化的是人生的坐标,不变的是对母校的眷恋。我今天的成就与母校的培育是分不开的,母校严谨的学风培养了我唯实求真、善于创新的科研精神,母校严格的教导练就了我勤奋刻苦,勇攀高峰的求学意志。”讲座伊始,赖远明便深情地表达了回校的喜悦以及对母校的感谢和眷恋。现场掌声一片,表达了同学们对赖远明的崇敬之情。

“树立远大的理想、立志长远,是成功的首要”。在题为《理想 立志 成才——走向成功的方法》的讲座中,赖远明首先举周总理十二岁起誓“为中华之崛起而读书”、郭沫若少年立志“攀桂步蟾宫”等事例,指出了树立远大理想的重要性。赖远明高声呼吁:“大家应该年少志高,心怀抱负,要有改变命运、实现自己价值的雄心和壮志。就像巴尔扎克说的,大家要扼住命运的咽喉,主宰自己的命运,让理想和榜样成为人生的动力,让自己成为加足油的马达,不知疲倦,生命不惜,奋斗不止”。

“刻苦学习、善于总结是成功的基石”。赖远明分享了他大学时利用排队买饭的时间背单词、把做数学题目当作做脑筋操、每天在图书馆里看外文杂志、每晚睡前进行反思总结等大学学习的经历。当听到利用休息时间做完了40本习题集时,场下学生爆发出吃惊的“哇”声,掌声随即响起,充满了敬仰。

“认真做事、勤奋踏实是成功的支点”。赖远明谈起了自己从事15年的冻土研究工作。“我曾经一行字,推敲了一个星期。”掌声再次爆发,掌声中有为赖远明克服高原反应为青藏铁路的建设作出突出贡献的感动之情,也有为赖远明严谨、勤奋的工作作风的崇敬之情。讲座最后,赖远明以我校校训“志存高远,责任为先”与在场所有师生共勉,希翼大家能够认真领会其中深刻的含义,做一个有责任感和使命感的人,以小我之点滴,融入历史的潮流和社会的发展中,希翼同学们在今后的日子里能够继续的好好学习,通过自己的努力,早日实现自己的理想和抱负,成为国家建设的栋梁之才。

走在似曾熟悉,但又焕然一新、充满生机的校园里,赖远明一路谈笑风生,对学校的建设和发展倍加赞赏。走到八角塘前,赖远明停下脚步,指着曾经经常早读的地方,又先容起自己当年的学习生活,感激地说:“大学生活让我终身难忘,没有学校和老师的辛勤培养,我也不可能有今天。”在他下榻的友谊楼宾馆,他欣然接受了我校大学生记者团学生的采访,语重心长地勉励我校学子,要勤奋刻苦,珍惜今天,创造明天,立志成人成才。

17日上午,赖远明在校图书馆报告厅作了题为《寒区道路及隧道工程的设计计算方法》的学术报告。副校长罗嗣海、温和瑞及相关专业的200余名师生聆听了报告会。“这是一场学术盛宴,虽然报告会仅仅持续了一个小时,但他所涵盖的内容却解决了世界性的冻土难题,同时赖远明院士也向大家演绎了一个科研工编辑应具备的高尚品质。”建筑与测绘工程学院力学教研室老师王观石说道。

随后,赖远明与昔日恩师和同窗好友在第二会议室座谈。这是阔别30多年后的重逢,赖远明一一道出了各任课老师的姓名,并深情地向老师们鞠躬致谢,祝福他们健康长寿。赖远明紧握当年引导他毕业设计的何正惠老师的双手,红了眼眶。此时无声胜有声,他无言地表达了此刻心里的激动与感激。何正惠老师兴奋地说道:“还是老样子,没有太大变化,看到你们一个个这么有成就,大家做老师的很是骄傲啊”。座谈会上,赖远明深情地回顾了昔日老师们对他的关心和引导,谈及实习时的火车票是由老师为他购买的,他表达了深深的感激与感谢:“这2块3毛钱的感动,我毕生难忘。”昔日同窗、我校学科建设与发展规划处处长刘飞飞也回忆了当初一起竞相做习题的情景。现场气氛热烈而温馨,在座的学生代表们无不为之动容,纷纷表示要向赖远明院士学习,将我校的“三实”精神传承下去,为我校的发展作出应有的贡献。我校教师代表们也纷纷表示,为学校培养出院士校友表示自豪与骄傲,更希翼我校一代代的学生能够秉承学校“志存高远、责任为先”的校训精神,努力奋斗,学校教育事业取得新的辉煌作出重要的贡献。

座谈会上,校党委书记熊正明代表学校对赖远明院士心系母校、专程来访母校表示感谢,并希翼赖远明院士能够常回家看看,并一如既往地关心和支撑母校的发展,为母校作出新的贡献。校长叶仁荪说:“通过赖远明校友成功当选中国科学院院士的实践,大家要积极思考作为办学在欠发达地区、非省会城市、非985、211的高校,培养出中国科学院院士等高水平人才的经验和规律;积极思考在高等教育竞争日益激烈的未来,如何培养出更多优秀的科学家、企业家和政治家,继续保持我校在有色金属行业人才培养的优势。同时,大家还要进一步坚定以教学为中心和以学生为本的两个信念。”叶仁荪还勉励在座的同学们要夯实基础,克服浮躁心理,以赖远明院士为榜样,刻苦学习,为国家的建设发展作出新的贡献。

欢送宴上,赖远明坚持让何正惠老师坐上席,他拉着老师的手,动情地说:“在老师面前,我永远是学生。我理应站在您的身边。”

“对于一个家长来说,最幸福的就是孩子们茁壮成长;对一个老师和一所学校来说,最欣慰的就是学生们事业有成。大家以他为骄傲,大家期待更多的骄傲,大家要一同努力,创造更多的骄傲。”我校一名教师在自己的微博中这样写到。

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