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岩土春秋--记钱寿易先生
    时间:2015-9-17     点击率:19326

 

岩土春秋——记钱寿易先生

简介:钱寿易(Qian ShouyiTsien Shou-I),男,汉族,籍贯江苏苏州土力学家, 著名土工和结构工程师。1939年毕业于上海交通大学土木系,获学士学位。1939-1943年任云南滇缅铁路工程局工务员。1943年赴美国马萨诸塞理工学院土木系学习,1944年获硕士学位,1946年获科学博士学位并任该校土力学实验室研究员。1947年任美国波士顿Fay Spotford  & Thorndike工程顾问公司土工和结构工程师。1953年任纽瓦克Edwards & Kelcey工程顾问公司总土壤工程师、土工实验室主任。1958年回国,任中国科学院力学研究所研究员,并历任中国科学院力学研究所研究室副主任、主任,中国科学技术大学近代力学系岩土力学教研室副主任,中国科学院哈尔滨土木建筑所研究员、研究室主任,中国科学院武汉岩体土力学研究所研究员、副所长。曾任《力学学报》、《岩土工程学报》、《土木工程学报》、《海洋工程》、《力学进展》以及《国际岩土试验》等刊物编委。1982年起,先后任中国力学会理事、岩土力学专业委员会主任,中国土木工程学会土力学及基础工程学会理事、副理事长,国际土协TC14海洋岩土工程委员会委员,美国土木工程学会岩土工程分会土性委员会特邀顾问等职。1991129日,在美国病逝,享年74岁。

钱寿易传略(1917.09.08-1991.01.29)

一、   在科学园地默默耕耘五十载

钱寿易于191798日在江苏省苏州市出生。由于父母早逝,他由大哥钱寿舒抚养长大。钱寿易自小聪明好学、天赋过人,19239月考入省立苏州中学附属小学,19299月考入省立苏州中学初中班,19359月考入省立苏州中学化工科。同年,18岁的钱寿易分别参加了浙江大学、清华大学、上海交通大学的招生考试,由于成绩特别突出,被三所大学同时录取。考虑到毕业后经济上能有所保障,钱寿易选择了进上海交通大学土木系学习。1939年大学毕业时,正值日本侵华战争全面爆发、沿海大片国土相继沦陷之际,日军为了切断国际援华物资的输运,炸毁了滇缅公路。政府当局决定快修一条缅甸到云南的铁路,钱寿易和几个同学毅然加入了筑路大军。1942年,日本侵略军从缅甸打进云南,钱寿易随筑路的人们乘卡车仓皇撤离,在公路上又险些被日军骑兵截住,他们只得弃车并钻入高黎贡山,10天之后才从山上下来,一个个都成了野人似的。眼见日军侵略者践踏中国国土和烧杀中国百姓,钱寿易非常愤怒,他决心走“科学救国”的道路。

    19436月,铁寿易在大哥的资助下来到美国,考取了美国著名学府麻省理工学院,攻读土力学和结构力学。他于1944年和1946年先后取得硕士和博士学位,并就任美国麻省理工学院土力学实验室研究员。在这段时间里,钱寿易率先在国际上提出土的结构对强度特性影响的新理论。他的理论引起国际土力学界的重视。   

研究生毕业后,从1947年开始,钱寿易先后担任了美国波土顿Fay·Spotford & Thorndike工程顾问公司的土工和结构工程师,美国纽瓦克Edwards & Kelcey工程顾问公司的总土壤工程师、土工实验室主任。此期间,美国花园州要修筑一条高速公路,它必须通过一片沼泽地,那大片的厚厚淤泥就像一条拦路虎似地横卧在那里。路堤若是筑在淤泥上,将会产生大量沉陷和滑坡现象,邻近两个工程都因设计不周和控制不严而败下阵来,工程无法进行下去。钱寿易大胆提出了用砂井排水、加固淤泥、控制施工进度的办法,果然获得巨大成功。从此,钱寿易名声大振,美国《波士顿环球报》曾为此给予他高度的赞扬。

    194910月,钱寿易与当时在美国学习的施家韡女士在波士顿结为伉俪,从此,钱寿易的事业在贤妻的协助下取得十分可喜的成绩。但是,美国优越的工作条件和舒适的生活环境并没能阻断钱寿易对祖国、对家乡的思念,他时刻向往着要以自己的知识报效祖国。1957年,钱寿易收到了前一年由美国回国的钱学森的来信,信中转达了祖国对海外游子的召唤,热切希望他返回家园报效祖国。这多年来怀有的报效祖国的心愿即将变为现实,钱寿易夫妻真是异常激动,他们决定以探亲的名义回国,并立即变卖了全部家产,一家人登上海轮,从美国旧金山直抵祖国。

    19588月开始,钱寿易在钱学森担任所长的中国科学院力学研究所任研究员,他还担任过力学研究所二室副主任、主任,所务委员会委员,学术委员会委员等职。随后,他还先后担任过中国科学技术大学近代力学系的土岩力学教研室副主任,中国科学院哈尔滨土木建筑所研究员、室主任,中国科学院武汉岩体土力学所研究员、副所长等职。钱寿易对后两个所的科研规划及重大课题选择都起了重要的作用。

    社会主义制度的优越,党和人民的关怀给了钱寿易无穷的力量。19591月的一天,河北邢台东川口一阵巨雷般的爆炸声响过之后,就像是鬼斧神工,瞬间把岸边的半个山“搬进”了波涛汹涌的水中,如长虹卧波,一座2 0米的土石坝顿时锁住了河流,钱寿易等主持的我国第一个定向爆破筑堤工程获得成功。两年之后,又一座高5 7米的、规模更为宏大的土石坝横亘南水,钱寿易在广东韶关乳源组织的爆破筑坝截流工程又获成功。以后,钱寿易又领导和参加了定向岩石爆破筑坝、聚能爆破、爆炸深耕、爆破打井、爆炸开湖、爆炸平原造山、压密淤泥等工程施工。   

    20世纪60年代初,钱寿易又成功地提出减少地下水开采、用人工回灌方法减少沉降来解决上海的地面沉降问题,荣获了中国科学院重大成果奖和全国科学大会奖。在“文化大革命”中,钱寿易也像其他著名科学家一样受到了冲击,上海的“四人帮”爪牙甚至以地面沉降研究作为批判内容,但这并没有动摇他对社会主义祖国无限热爱的信念。

    1979年开始,钱寿易带领力学研究所土力学课题组,瞄准了新的重大课题,即中国的近海石油开发及近海工程。钱寿易不顾自己已是年迈高龄之人,仍然亲临第一线进行指挥,承担了我国国家自然科学基金中有关海洋土力学和中国科学院“七五”计划中的重大科研项目,承担了多项工程任务,取得一个又一个丰硕的成果。   

钱寿易不仅为我国海洋开发事业和海洋学科的发展做出了重要贡献,而且还培养了许多学生和学科带头人,创建了一支优秀的海洋土力学研究队伍。他运用从联合国开发署(UNDP)申请到一笔76万美元的发展基金,改善了实验室条件,同时派出一批科研人员到世界先进的研究单位和工程公司进修深造。钱寿易经常告诉研究人员要重视实验工作,当土力学研究室进口了一台动三轴仪时,他不顾年迈之身,亲自到实验室和年轻人一起安装调试。他还特别注重数据的准确性,要求所有的数据都要有出处。钱寿易就是这样倾尽心血培育岩土力学的骨干力量。

钱寿易还是我国海洋工程力学领域国际学术交流活动的主要开创者之一,通过与国际同行进行交流与合作推动了海洋土力学在我国的迅速发展。在1981年召开的有关岩土地震工程和土动力学的国际会议以及1982年召开的近海结构特性的国际会议中,他担任了分组主席; 1985年第十一届国际土力学和基础工程会议中,他任近海结构基础组委会成员;在1988年区域性土工程问题国际会议中,他任分组主席。此外,钱寿易还先后组织了与挪威土工研究所和加拿大建筑研究所合作进行海洋土静动力特性的研究项目。20世纪80年代中期,在钱寿易先生的引荐和推动下,中国海洋石油总公司与美国麦克兰公司(McClane Company)成立了合资公司,这是我国最早的中外合资企业之一。麦克兰公司拥有海洋岩土工程的国际先进水平的设备和工程技术人员,合资公司的成立为中国海洋石油总公司培养了一批骨干,这批骨干至今在中国海洋石油总公司发挥重要作用。

钱寿易曾任中国力学学会理事及其第一任岩土力学专业委员会主任,中国土木工程学会土力学及基础工程学会理事、副理事长,《力学学报》、《岩土工程学报》、《土木工程学报》、《海洋工程》、《力学进展》编委,国际土力学及基础工程学会会员及海洋岩土工程委员会委员,美国土木工程学会岩土工程分会土性委员会特邀顾问,《国际岩土试验》编委。

莫道桑榆晚,为霞尚满天。钱寿易在科学园地默默地耕耘了近半个世纪,为我国岩土力学和海洋工程贡献了毕生精力,累累果实缀满了他生命之树。1991129日,钱寿易在其带队赴美考察与谈判期间不幸因病去世。

1 钱寿易(中)和他的研究团队成员在讨论工作方案

二、在土力学研究与工程领域成绩斐然

钱寿易自1943年踏上美国土地到1958年返回祖国的15年间,奋发进取、刻苦钻研,从一名中国的年轻学子成长为美国东部地区的著名土工和结构工程师,他不仅取得诸多学术成绩,而且在路基工程领域占据着一席之地。

土力学于1925年由特沙基( K.Terzaghi )创建,当时是一门年轻的学科,它面临许多问题需要研究。钱寿易涉足土力学领域时, 正是强手如林、捷报频传之时。1943年,他在美国麻省理工学院的泰勒( D.W. Tayloy ) 博士指导下研究土的强度理论中体积变化对无粘性土的摩擦角的影响。钱寿易仅用了约一年时间便出色地完成了硕士论文,泰勒博士十分满意。紧接着让他开展了土的结构对强度影响的研究,经过两年的实验研究和理论探索,钱寿易运用能量观点指出了剪胀率对无粘性土的内摩擦角的效应等新观念,为土的强度理论研究开辟了新的途径。这在当时是土力学研究领域的前沿课题,引起了同行们的重视,也显示了钱寿易作为研究人员的主动进取精神和实验能力。1946年,他获得了美国麻省理工学院的科学博士学位。当年便被吸收为西格玛-(Sigma-Xi)科学会美国麻省理工学院分会的正式会员,这个荣誉称号是对优秀青年学者的一种褒奖。

    为了进一步发展土力学,钱寿易选择了土力学要与工程相结合、解决工程实际问题的道路。1947年,他来到美国波士顿Fay. Spotford & Thorndike工程顾问公司工作,主要从事飞机场跑道、停机坪路面基础应力分析和压密标准研究。他先后对美国纽英崙等8处飞机场工程进行研究,提供了设计依据,受到三个州的好评,同时为美国国防部的阿拉斯加州的三处主要军用机场、停机场进行承载能力评价分析。根据钱寿易的加固方案,提高了跑道的承载能力,使重型飞机得以投入使用。   

    1948年,钱寿易协助土力学创始人特沙基博士对阿拉斯加的永久冻土进行理论分析,包括土的热力学性质、地热梯度、永久冻土的形成和蜕化、土中成冻过程、冻融时土的强度和地面位移等方面内容。这是对永久冻土特性第一次系统的研究,得到特沙基博士的好评。

    1953年,钱寿易来到美国纽瓦克Edwards & Kelcay工程顾问公司工作。当时美国高速公路正处于发展阶段,钱寿易主要从事软土地区高速公路路基处理的研究,他创试了软土地基砂井加固的施工方法,提出了土的固结-强度理论分析和设计以及施工监测方法,成功地解决了在淤泥地区高速公路路基的建造问题,被同行视为典范。波士顿《环球报》撰文赞扬他:“36岁的卓越的钱寿易博士,是此领域内国家的权威人士之一。”他成了美国东部地区有名的工程师,有关设计图纸的审批只要有钱寿易的签名,公司便不再审查,州政府部门也充分信任。   

当时,钱寿易编写的《钻探监工手册》专著深受同行们的称赞,并为人们所广泛应用。

三、积极推动发展我国的爆破工程技术

钱寿易返回祖国进入力学研究所工作时,全国已形成了轰轰烈烈的“大跃进”形势。力学所提出“上天、入地、下海、为工农业生产服务”的研究方向,钱寿易担任副主任的二室负责“入地”方面的任务,开展了火钻研制、煤的地下气化和渗流问题以及各类爆破工程技术的研究,他则主要领导进行爆破工程项目,包括定向爆破筑坝、爆炸深耕、爆破打井开湖等等。

尽管钱寿易本人的专业基础并非爆炸力学,但是只要是工作需要,他就积极参与、努力推动,支持年轻人试验。河北邢台东川口的20米高土石坝,广东韶关乳源南水的57米高土石坝,是我国定向爆破筑堤工程的成功范例,都灌注着钱寿易的心血,讨论方案时他认真主持,现场放炮时他亲身参与。钱寿易直接指导进行的爆炸深耕课题,紧密结合我国农业生产实际需要,在炸药火药雷管制造、爆炸对土壤物化性质影响及增产功效、爆破技术研究三个方面取得了很好进展。特别是对于有别于常规“抛掷爆破”的“松动爆破”这一新技术,得出了药量计算公式,分析确定了药孔合理间距的范围、药包布置方案与起爆程序等,从而提高了爆炸松土的效率。爆炸深耕组完成的论文“爆炸在农业中的应用”曾由郭永怀副所长在1960年的学部大会上宣读介绍,并经钱学森所长亲自修改后在《科学通报》上发表。三年困难时期,由于“大办农业,大办粮食”需要解决抗旱问题,钱寿易主持领导了爆破打井等课题。这是利用土壤的可压缩性,借助炸药爆破后所产生的巨大压力形成井筒,它无需取出土石,速度快,省劳力,当时成为建井方法的一种革命。针对爆破成井技术的特点,课题组在药包防潮、药孔锥钻、电爆线路、井口形式等方面进行了深入的研究,包括大量现场实验。钱寿易坚持深入工程实际,野外打井队在河南新乡做百米打井试验时,他亲临现场进行具体指导,对处理打井过程中土体垮塌等问题提出了很多好建议。钱寿易对各项业务工作,不仅身体力行认真负责,而且满怀热情倾心帮助青年人,对他们完成的工作报告常常要反复修改六、七遍,使大家的研究水平不断提高。

虽然爆炸深耕、爆破打井等项研究作为一个时代的产物,工作只持续了短短的几年时间,但在钱寿易的积极推动支持下,力学研究所的爆破研究工作有了一个很好的开端,形成和锻炼了一支技术队伍,为我国爆破工程技术的全面发展作了前期的铺垫。科力学研究所的研究工作是紧密

四、   为控制上海地面沉降做出重要贡献

1962年起,按照研究所的决定,钱寿易着手在力学所开拓土力学的研究领域,他全力以赴组织研究队伍、筹建实验室。1963年,上海水文地质二大队就地面沉降产生的原因来北京征求意见。有关上海市的地面下沉,早在1921年就有初次报导。随着工业发展,下沉范围不断扩大,在市区地带形成了碟形洼地。1921-1965年间,最大累积沉降量已达2.63m1959-60年的最大沉降率为200mm/年。当时,上海地面沉降已对城市建设、工业发展和人民生活构成了严重的威胁,是急待解决的环境灾害问题。但是,关于地面沉降的成因众说纷纭:地质构造运动、海平面上升、高层建筑影响、地下水位下降等等,以钱寿易为首的力学所土力学研究组则提出抽水引起的地下水位下降是造成上海这样大规模地面沉降主要原因。1964年上海专家会议经过充分讨论,同意这个观点,并建议开展机理研究(包括实验室试验、分析计算和现场观测)。钱寿易对各项工作进行了全面的指导,他亲自从事关键性的沉降量计算工作,带领年轻人从事获取土层力学参数、验证计算模型的室内试验工作,具体指导地矿部工作人员从事现场孔隙压力量测工作。他建立了沉降计算方法,指出了测定现场土层内孔隙水压力对探讨沉降机理的重要性,还设计了就地测试方案及现场孔隙水压力仪。他的研究风格严谨、严格、严密,即使在“文革”期间也坚持在现场进行细致的计算和观测,整个研究延续到1978年,不断地进行计算值与实测值的对比分析工作。通过实验室的反复模拟试验和现场沉降资料分析,完全验证了抽取地下水造成地面沉降的科学论断和含水砂层水位变化引起土层内部应力应变所导致的土体压缩机理。据此,他还建议了防止或减少地面沉降的具体措施。通过14年的实测资料,表明了钱寿易建立的计算方法是正确可靠的,并提供了选取有效控制措施的科学理论依据。1978年,“控制上海地面沉降”项目获得中国科学院重大科技成果奖和全国科学大会奖。

在控制地面沉降的研究过程中,钱寿易等人先后完成了“抽水引起地面沉降的力学效应及其实验研究”、“溶滤作用下上海粘土的压缩性质”、“用分析解法计算劳动公园因抽水引起的地面沉降”、“上海地面沉降研究总报告”等十余篇有价值的研究报告(均因保密未正式发表)。直到“文革”结束、科学的春天到来之后,才正式在《岩土工程学报》上发表了“上海地面沉降计算”一文。同时,钱寿易被推选为10名代表之一参加19816月召开的第十届国际土力学及基础工程会议,这是中国力学界第一次大规模组团参加国际土力学学术会议。他在会上宣读了有关沉降计算和控制的论文,引起与会代表的广泛兴趣,被同行们高度评价为“这是一篇很有价值的、成功的经验总结,值得参考采用”。这篇论文的英文稿不仅刊载于会议论文集的第一卷,而且应邀进行书面补充后又发表在第四卷中。

1963年钱寿易率领力学所土力学室有关人员对上海地面沉降问题开展系统研究起,相关工作一直贯穿着他的研究生涯。1991年在第四届国际地面沉降学术会议上,钱寿易和他的研究团队又发表了“Analysis of Shanghai Land Subsidence”论文,对近年来观测到的微量沉降现象作了进一步的计算,其中涉及到浅层软粘土在水位呈周期性升降条件下的流变特性。文中还指出要确定最有效的回灌方案,必须仔细考虑回灌的深度、强度、频率和时间,从而为今后的地面沉降研究指出了方向。

2 钱寿易在主持学术讨论会

五、   开创中国海洋土力学研究的新领域

20世纪7 0年代,国际上在海洋石油开发方面取得很大进展,海洋采油平台、海底管线和海上单点系泊等海洋工程建设日臻蓬勃。随着国家经济发展、能源需求的快速增长,发展我国的海洋石油事业势在必行。由于海洋具有特定的严峻环境,海工结构的要求与陆上结构有很大差别,海底土层的成因和特性又与陆地很不相同,使海洋工程的基础设计工作面临许多新的问题,海洋岩土工程是海洋工程建设的重要组成部分。但是,当时海洋岩土工程在我国尚属空白,这是一个充满挑战的全新领域。

3 1985年钱寿易(前排左2)和课题组成员在青岛崂山

1978年全国科学大会的召开, 钱寿易受到了极大的鼓舞。年过花甲的他,毅然投身到海洋开发的科研领域,不辞辛劳地奔赴南海、渤海和东海,做了大量的调查研究。在此基础上,他提出了海洋土力学这一研究方向,并紧密结合国家需要高瞻远瞩地对海洋土力学的研究作了规划。钱寿易指出:要首先从我国典型海洋石油开发区入手,抓住海洋油气资源开发所必需的采油平台和海底输油管线场址的工程地质调查和评价这一关键问题开展工作。他根据我国海洋环境条件的特点和中国科学院的优势,提出:“海洋工程地质调查和评价必须组织多学科进行综合性的研究, 各学科间相互渗透、补充、解释和验证,并以力学分析方法进行定量的评价。”这一建议得到国家经委和中国科学院等部门的肯定和鼓励。在中国科学院和力学研究所的大力支持下,他率领中国科学院的力学所、武汉岩土力学所、南海海洋所、青岛海洋所和国家地震局的工程力学所等5个研究所的有关科技人员,组成了一个包括海洋土力学、地震工程学、工程地质学、海洋地质和海洋土质学等的多学科专家队伍,以微观和宏观、现场实测和室内试验、古地质环境演化和沉积物的应力历史、海流与海床在波动应力下相互作用等多方面相结合的综合研究方法,全面探讨我国典型采油区海洋工程地质条件及其与桩基结构相互作用的内在规律。 

4 1988年中国科学院海洋工程研讨会合影(前排左3为钱寿易)

钱寿易十分注重科研紧密结合生产实践。20世纪80年代,欧洲北海率先采用混凝土海洋采油平台,这种低成本、高效益的平台引起了中国海洋石油总公司的高度关注。1983年,他承担了国家经委下达的“涠111海区工程地质调查和评价”的攻关任务,并担任该项目领导小组组长,亲自制定总体方案,亲临现场指导科技人员工作。在钱寿易的领导下,中国科学院海洋岩土工程攻关队伍开展了为期一年多的南海北部湾“涠11-4”混凝土重力式平台的工程地质调查与评价。该项成果为中国混凝土重力式海洋采油平台的建设和应用提供了重要的科学基础。在从事项目研究中,他突破了国际上单因素分别处理的传统模式,考虑了土层分布;波浪作用对土的强度影响;滑动破坏面上,由于主应力方面的变化而导致不同的强度值;应力路径、应变率、剪应力交复和频率、排水固结条件、应力历史和风暴周期等诸因素的综合作用,出色地完成了任务。在评价这项工作时,有关方面专家认为:“这是国内一项开拓性工作,填补了我国在此领域的技术空白,达到了国际同类工作的技术水平,并在某些分析评价的深度方面有所发展。”随后,钱寿易又参与了一个重大项目“南海区域性工程地质调查和评价”,该研究项目主要是对南海莺歌海石油开发区进行工程地质和岩土工程调查和评价,相关成果为中国海洋石油总公司在该海域建设平台、管线工程提供了极其重要的工程设计依据。直到上世纪八十年代末,钱寿易一直率领这支科技队伍,在不同的海洋石油开发区开展进一步研究,积累了大量资料,完成多项海洋平台桩基工程以及自开式平台的稳定性分析评价,受到了中国海洋石油总公司的高度评价。他们的工作打破了西方大国在这方面的垄断,走出了一条有中国特色的海洋工程地质调查和评价的科技道路,增强了独立自主、自力更生地进行我国海洋开发的自信心,为我国海洋土力学的发展做出了开创性的贡献。

5 1988年国家基金委海洋工程重大项目汇报会在上海交大合影(前排左4为钱寿易)

鉴于钱寿易及其研究团队在这一领域内出色地完成了科研任务,他们的研究成果多次获得国家级和院部级奖励:“南海北部湾涠111海区工程地质调查和评价”获1986年度中国科学院科技进步一等奖和1987年度国家科技进步二等奖,“南海莺歌海盆地区域性工程地质调查报告”获1987年度中国科学院科技进步二等奖,“南海西部石油开发区区域性工程地质调查与评价及北部湾涠114海区A平台工程地质调查与评价”获1988年度国家经委优秀科技成果一等奖。钱寿易本人则两度被中国科学院力学研究所授予“先进工作者”的光荣称号。

6 在力学所举办的“祝贺林同骥、钱寿易七十诞辰”会上(左1为钱寿易)

1991121日,年过73岁的钱寿易,作为联合国开发署UNDP项目主任,率领中国科学院海洋岩土工程考察团赴美国进行考察与谈判。他不顾自己年事已高,依旧事事亲力亲为,不幸在中途病倒,无法继续随团访问休斯敦。128日,其过去的研究助手陆岳屛从休斯敦给他打电话问候,他在电话中一边咳嗽一边叮嘱:“休斯敦是参访团最主要的目的地,你一定要很好协助参访团圆满完成访问任务”。就在次日,129日,钱寿易因心脏病发作,不幸于美国旧金山逝世。

7 1991年钱寿易率队赴美考察期间留影(前排右2为钱寿易)

钱寿易对岩土力学和我国海洋岩土工程研究的杰出贡献将载入史册,而他治学严谨、实事求是和注重理论联系实际的学风以及埋头实干、刻苦钻研、敦厚朴实和平易近人的品德则是留给后人的一份宝贵精神财富。

(王柏懿依据相关资料编写)