从钱学森先生关注爆破技术研究谈起

 

周家汉

 

(中国科学院力学研究所)

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从一些报导我们知道,钱学森先生一生做人有四条原则:不题词、不为人写序、不出席应景活动、不接受媒体采访。但是,他却破例的为《土岩爆破文集(全国工程爆破学术会议论文选)》写了篇“写在前面”的序言[1],可见他对爆破、对爆破技术研究与发展的关心。

在这篇序言里他写道:“爆炸技术对我国高速度地搞社会主义建设有重要意义。我国土岩爆破技术发展比较快,其原因也就在此。但在这里要讲究成本,也就是要讲究效率,所以爆炸要设计得好,要力求能量转化效率高。在这个方面,我们还很差劲,有大量工作要做。”这是他对工程爆破行业的殷切希望,也是我们从事爆破技术研究人员的努力方向。他还说 :“爆炸的好处是威力大而尤以功率极大为其特点。1吨黄色炸药的能量折合成4.2×109焦耳,而其爆炸时间则为10-3秒,功率达4.2×109千瓦!42亿千瓦。所以爆炸的好处是能‘毕其功于一役’!速度极高。同样的人力,用其他方法,不用机器,也许得干十年,用机器得干一年,用爆炸也许一个月(连打眼、放炮、清除)就行了;爆炸(作者注:在这里,钱先生讲的爆炸指的就是爆破)的缺点是不好控制,好像是破坏力!但那是因为我们还没有掌握它,有些神秘感。一旦掌握了规律,那同样是可以控制好的”。其实,自钱学森先生1956年回国起,他就十分关注爆炸工程。为此,他建议在中国科学院力学所搞爆炸技术研究设计,这也是中国科学技术大学爆炸力学专业设置的由来。

 钱先生于1958年积极倡导创办中国科学技术大学,亲自组建和领导了力学和力学工程系(后改称为近代力学系),担任首任系主任长达20年以上。在所系结合办教育思想指导下,钱学森先生说“我把科学院的大炮(作者注:学部委员、研究员、教授)都给你们调来了”!请他们为科大学生授课。作为力学系爆炸力学专业的学生,我们大学四年级时,朱兆祥先生给我们开设研修课程《分层介质中的波》(当年,朱先生曾到罗湖口岸迎接钱学森先生回国,后来被聘担任宁波大学校长),李佩教授(郭永怀先生的夫人)给我们讲授科技英语,教我们如何提高阅读能力、科技文章的写作能力和技巧。我们的大学毕业论文选题是结合力学研究所的科研学课题要求,在研究所的导师指导下完成的。在这样的教学体制和管理下,我们有机会接受本学科最新的知识、科学的前沿信息,还有这些教授、研究员们的学术思想和学风。他们影响了我们一代中国科学技术大学学生的思想,影响着我们的行为,这可能就是我们在成长过程中逐步体会到的科大校风。

我们是钱学森先生曾亲自教授过的学生,他对我们的许多谆谆教诲还言犹在耳,他给我们的关爱令人终身难忘。更有幸的是,大学毕业后我们5907级有十多名同学分配到力学所工作,有的同学分配在气体动力学研究室、从事钱先生主导的航天预研工作,有的同学分配在物理力学研究室、从事钱先生开创的新兴分支学科研究,我和5名同学一起分配在爆炸力学研究室、从事钱先生开辟的爆炸力学领域工作。所以,作为钱学森先生的弟子,我是十分幸运的:不仅在科大读书期间,而且在力学所工作期间,都感受到了他的学识渊博、学风严谨以及对国家、对人民、对事业忠诚不渝的高尚品德。不仅授人以鱼,更是授人以渔,这是钱学森教育思想的重要理念之一。

爆破是利用炸药在土岩介质中爆炸产生的应力波和高温高压气体破碎和抛掷岩石。钱学森先生在谈及定向爆破技术时指出:“爆炸可以产生极高的脉冲压力,现代科学研究要解决的是能量转化问题。爆破设计的好,转化能量效率高。”“对土岩爆破来说,爆炸力学的任务就在于研究土岩被爆炸破碎后的运动规律,为爆破设计原则打下基础[1]。” 精确的爆破设计就是要准确地设计计算装药量,充分利用好炸药的能量去破碎岩石,炸药装多了会造成过度破碎,还会有飞石造成危害。

遵循钱先生的教导,力学所爆炸力学研究室自1958年成立,多年来,研究课题组力求探寻爆破的作用机理和定向爆破抛掷堆积规律。我们系统性地研究了临空面,布药面,布药律,耗药量对定向爆破抛掷距离,堆积形状的影响,探寻平面药包布置条件下岩体重心抛掷距离和用药量的关系;我们采用电磁法测速计和X光技术对土壤岩石模型在爆破作用下的空腔扩展、裂缝发展、介质质点运动速度进行了系统观测和研究,给出了爆破时介质获得的运动能量,用于介质破碎作功、残余或散遗在空气中能量的比例。

1965年钱所长请郭永怀副所长担任我们平地定向爆破堆山课题组的顾问。在国家七五科技攻关“定向爆破筑高坝技术”项目里,在郑哲敏先生直接指导下,力学所爆破研究组基于爆破能量利用率的分析,提出了定向爆破滑动筑坝的思想和设计方法。

钱先生告诉我们,爆破理论的研究要在引入严格的力学相似和无量纲参数分析的基础上,建立爆破的物理模型,结合小尺寸的模型实验,从实验结果分析找出规律;同时要结合工程进行科研观测,搜集数据资料,用以检验计算机模拟的计算结果,提高并深化爆破理论研究成果。爆破技术研究如何进行,采用什么样的研究路线和方法,钱先生讲的多么具体,明确。我们只要遵照先生意见坚持做下去,一定会有结果

改革开放以来,我国城市建设发展快,爆破拆除技术在城市建设中发挥了的重要作用。高大楼房拆除塌落着地产生的振动比炸药爆破产生的振动要大,塌落振动越来越受人们关注。如何计算和预报高大楼房或是烟囱爆破塌落振动,我们在大型爆破拆除工程实施过程中,通过监测和分析爆破振动和塌落振动的传播规律,利用无量纲参数分析方法提出的塌落振 动速度计算公式

已被国内外爆破工程师广泛用于爆破拆除工程设计计算,并收录在“全国工程爆破技术人员统一培训教材-爆破设计与施工”等多种出版物里[23]

半个世纪以来,我们在爆破作用的控制技术研究方面已取得一定的进展,爆破技术已广泛用于岩土介质的破碎、压实、疏松、排淤和切割物体的作业,如在特殊环境(闹市区建筑物的拆除、人体内胆结石破碎)、特殊条件(高温、高压)、特殊要求(金属加工、爆炸合成金刚石、地震勘探)情况下的爆破工程。采用爆炸排淤处理加固软基筑堤在沿海港口建设中发挥了重要作用,采用这种方法筑堤累计超过300Km。这些成绩的取得是和钱先生对我们的教导分不开的。

钱老淡泊名利的情怀为世人称颂,他说我姓钱,但我不爱钱。但他舍得为学生花钱。现在我们知道,1958年,钱学森所著《工程控制论》一书被译成中文出版并获国家自然科学一等奖,钱先生将稿酬和奖金悉数捐出给我们科技大学力学系58级、59级三百多名学生买了计算尺。至今,我还保留着这把计算尺。是它,让我们牢记钱学森先生的指教,搞工程技术的人,要心中有数,有数量级概念。有了数量级比较,我们就能从宏观上把握事物的本质。现在我们提出:有工地,就要有数据,要用数据来验证设计的正确,预测的准确;数据有规律,就是科学,这是钱先生早就给我们讲述的科学认知过程。

在纪念线学森先生诞辰100周年的时候,看见他给我们买的计算尺,我们深切怀念钱学森先生,我们的老师。我们要向他学习,学习他为祖国、为科学贡献、奋斗一生的精神;学习他,像他那样做人。

 

参考文献:

[1] 钱学森,写在前面,《土岩爆破文集(全国工程爆破学术会议论文选)》(1980

[2] “全国工程爆破技术人员统一培训教材-爆破设计与施工”(2011

[3] 周家汉,爆破拆除塌落振动速度计算公式的讨论,《工程爆破》,No12009

 

作者简介: 周家汉,男,1941年生,中国科学院力学研究所研究员。中国工程爆破协会原副理事长,公安部聘全国工程爆破技术人员培训考核专家组成员,国家文物局文物建筑保护高级顾问。长期从事爆破理论和爆破技术应用的研究工作,参加完成了二百余项爆破项目研究和爆破拆除工程。在总结大量的工程实际经验和分析研究基础上发表论文五十余篇,并先后获得中国科学院科技进步二等奖两项和全国科学大会科技成果奖一项。近年来研究轨道列车运行振动对文物建筑物的影响,为我国古建筑物保护安全距离的确定提供了科学依据。

 

(中国科学技术大学5907级毕业生)