问诊大地主沉浮——中国科学院岩土力学研究所葛修润院士

2014-08-25

葛修润，中国工程院院士，中科院武汉岩土力学研究所研究员、中科院岩土力学重点实验学术委员会名誉主任，兼任上海交通大学教授、上海交通大学岩土力学与工程研究所所长。葛修润院士长期从事岩土力学研究，是我国著名的岩质边坡工程学科带头人，岩体工程数值分析方法成就显著，精于岩体力学设备研制，长期致力于古文化遗址的保护。1978年4月，被授予全国先进工作者称号。1988年获国家“有突出贡献的中青年专家”称号，并获政府特殊津贴，1995年当选中国工程院院士。2012年6月获得第九届光华工程科技奖“工程奖”

岩土力学助力地下工程勘察

1952年，他以优异成绩考入清华大学水利系，一年后，又考进前苏联敖德萨建筑工程学院。1959年他以优异成绩获得苏联优秀毕业证书，并获得苏联水利工程师称号。回国后，葛修润被分配到中国科学院武汉岩土力学研究所工作。当时的岩土力学实验还是靠手工操作，非常落后，葛修润凭借自己丰富的专业知识，研制出实验急需的大吨位加荷液压枕，在此基础上，又成功研制出专用扁壳千斤顶，至今仍是市场上的畅销产品。

当时，我国岩土力学研究理论十分滞后，要想有所突破，必须另辟蹊径。葛修润把目光投到当时世界上刚刚出现的电子计算机编程代码上，开始了岩土力学有限单元法研究，经过整整五个月的攻关，终于使用国产电子计算机编制出了大型有限元法程序，这是当时国内计算大型地下洞室群的唯一的岩土力学分析程序。随后，他又投入到无界元的研究中，大胆提出了节理无界元理论，并获得成功。

1966年下半年，葛修润带着自己研发的岩土力学分析程序，主持湖北大冶铁矿南部边坡稳定现场试验的总结和边坡稳定度的分析计算任务。他提出了平面极限平衡问题的不需迭代过程的创新方法、空间五面体滑动分析方法和开挖爆破的动力分析公式，确保了工程施工安全和工程进度。1973年，葛修润为我国西部大型地下洞室群做的线性和非线性分析，被公认为是我国大型地下工程中采用有限元分析成功的首例。

此后，葛修润又先后参与主持了三峡工程中的发电站厂房大坝、地下厂房、船闸的抗滑稳定等六项科研任务，其中左岸水力发电厂房的第一号到第五号机组的地质状况最为复杂，深层滑动问题一直是三峡工程中的岩石力学难题。许多科研单位派人参加了这个难题的研究。葛修润不顾年老体衰，带领他的团队深入到工程第一线，勘察分析，以严肃的科学态度和严谨的工作作风，提前完成了复杂艰难的计算任务。他参与的“长江三峡水利枢纽二期工程蓄水、通航、发电技术研究与实践”课题也荣获湖北省2004年度科技进步特等奖。

近几年来，葛院士还参与了高拱坝小湾水电站，海南省石矿、铁矿勘察，湖北清江隔河岩水电站、清江水布垭水电站，四川二滩水电站、广州抽水蓄能电站、深圳地铁一号线工程、武钢大冶铁矿区狮子山、江西水平铜矿等重大工程的地质勘察工作。

推动岩土力学研究创新

“要创新并敢于攀登科学高峰”是葛修润在科研工作中的座右铭。他在岩土力学上有着自己的独到见解，在国际上享有盛誉。1981年，葛修润获得了德国洪堡基金会研究奖学金，与国际著名专家合作完成的《节理岩体在反复加荷情况下的力学性能研究》，对日本黑部川四号拦坝今后变形发展趋势进行了科学预测。

在岩土工程加固技术方面，葛修润也有许多创新发明。新型的砂固结内锚固头岩石预应力锚杆、船锚型土工锚索和永久性自由张拉型密集的大吨位岩石预应力锚索，在三峡工程采石场、风滩水电站等重要工程中广为应用。

1993年12月，葛修润研制出全数字化由微机进行伺服控制的多功能岩石力学试验机系统——RMT刚性伺服控制机系统，并投入生产，荣获国家科技成果证书。该设备每套85万元左右，在国内许多著名大学的试验室替代了每台达200多万元的美国产MTS试验机，打破了国外公司在这个领域的技术垄断。

1998年，已是六十五岁高龄的葛修润又主持研制利用医用CT机对岩石和土的试样进行平面加载和三向加载（σ1, σ2, =σ3）试验，试验不仅能观察到岩土加卸载时裂隙发展过程，而且能记录下试样完全破坏的全过程。1999年此项新的研究和试验方法获得成功后，在国内外同行中掀起了一股用CT动态观测新方法进行各类试验研究的浪潮。

“数字式全景钻孔摄像系统”是他带领学生研制成功的又一套设备，已成为地质勘察工作中的必备装备。“数字岩芯”解决了地质钻孔中经常发生的取不到岩芯的难题，使现场人员可从钻孔中获得丰富的地质信息资料，该设备获第十三届全国发明展览会金奖，并在三峡工程工地、宜万铁路线工地、国家石油储备体基地等数十个工程中都得到了应用，解决了许多工程地质勘探中的常见难题。

金沙江最大的支流雅砻江流域，锦屏二级水电站也在开发之中。其工程区域、地质条件非常复杂，除了重地、地应力、岩燥之外，更有很严重的地下水问题，在锦屏水电站巨大的输水隧道工程中，地应力实测是其中极为重要的问题。在锦屏山下2430米深处，有几个单位用了国内外各种方法进行了测试都没有测出该地区的地应力资料。2010年8月，葛修润带领他的团队来到这里，经过十多天的实地勘察、论证和研究，葛修润用他十多年精心研究的一个创新方案，即：钻孔面部壁面应力解除法（BWSRM）原理和相应的地应力测井机器人在埋深达2430米处的地下巷道内的水平钻孔内进行地应力实测，获得成功，获得了该处的三维地应力张量，为锦屏二级水电站工程的顺利进行提供了重要数据，BWSRM也成为我国首创的三维地应力测量方法。

为了解决青藏铁路和青藏公路穿越多年冻土带地区的工程难题，葛修润对传统的“通风管”（一种预制的直径为数十厘米的混凝土管道）作出了重大改进。他在这种管道壁上设计了许多孔洞，正是这种称为“透壁式”的通风管，蕴含着他超人的智慧和巧妙的构思。通过这些孔洞，冷空气可以与周围冻土介质直接进行对流交换，可以有效保护冻土的临界线不上移，减少冻土地质工程的维护成本。

致力于文物遗址保护

三峡“一号国宝”——白鹤梁，位于长江三峡库区上游涪陵城北长江中的一块长约1600米、宽约15米的天然巨型石梁，先人们在白鹤梁上凿刻了18尾石鱼，文字题刻达三万多字，大多出自名家之手。平时石鱼隐于水面以下，每隔三五年当长江水位很枯的年份才在12月到次年3月这短暂时间内露出水面。记录了自公元763年以来至20世纪初1300年来的72个长江最枯水位记录。故而对研究长江中上游的枯水规律、航运以及生产设置等都有重大的史料价值，被人们誉为“水下碑林”和“世界第一水文站”。

但当三峡水库蓄水到156米高后，白鹤梁将永沉江底，泥沙淤埋。因此，保护白鹤梁成为迫在眉睫重中之重的保护工作。但关于保护白鹤梁的方案却一直不能确定。2001年2月， 葛修润力排众议，提出“无压容器”方案，即在白鹤梁题刻最集中段上造一个长70米、宽25米左右的椭圆型壳体，将题刻罩起来，江水经过滤后注入，可抵消壳体外的水压。2003年2月13日，白鹤梁原址水下保护工程正式开工，2009年5月18日，白鹤梁水下博物馆于世界博物馆日开馆，成为世界上唯一文化遗址水下博物馆，为国家水下文化遗产的保护工作增添了光彩。

此外，葛修润还多次出任中外合作保护敦煌莫高窟、山西云岗石窟、陕西彬县大佛寺等项目的中方专家组组长和专家。主持了大冶铜绿山铜矿古矿遗址的高陡边坡、陕西彬县大佛寺古窟及三尊佛像的静动力三维有限元分析并提出加固治理和监测方案，为整个工程的完成和保护起到十分关键的作用。

后记

理论来源于实践，并在实践中接受检验，才能检验理论正确与否。葛修润院士是我国岩土力学工程领域的学科带头人，是一面先进旗帜。半个多世纪以来，葛修润长期战斗在工程勘察的第一线，先后获得专利二十多项。一项项丰硕成果，凝聚着他矢志不移的追求和聪明才智，更是他对祖国、对人民的无私奉献！