地質(zhì)工程學(xué)家王家鼎:把脈黃土,夯實(shí)安全生命線(xiàn)
發(fā)布時(shí)間:2024-05-11 09:41:43 來(lái)源:西北大學(xué)
中國(guó)西北,黃土高原。風(fēng)起時(shí)飛沙走石、漫天塵土,風(fēng)止時(shí)千溝萬(wàn)壑,縱橫交錯(cuò)。這片黃土地上,譜寫(xiě)著中華民族五千多年的文明之歌,也與一眾地質(zhì)人結(jié)下不解情緣,西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系王家鼎就是其中一位。
“黃土結(jié)構(gòu)疏松,具有濕陷性、振陷性、崩解性,因此易發(fā)生滑坡、塌陷、泥石流等重大災(zāi)害,黃土地區(qū)大型工程下的防災(zāi)減災(zāi)問(wèn)題,就是我三十年來(lái)研究的課題?!苯?,王家鼎團(tuán)隊(duì)申報(bào)的《特殊巖土體小變形大風(fēng)險(xiǎn)智能化監(jiān)測(cè)防治技術(shù)及中外工程應(yīng)用》獲得2023年度陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),這也是他投身地質(zhì)工程研究30余年來(lái)的眾多碩果之一。
王家鼎,西北大學(xué)二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師,入選陜西省三秦學(xué)者,陜西省杰出人才,享受?chē)?guó)務(wù)院特殊津貼。長(zhǎng)期從事工程地質(zhì)與災(zāi)害地質(zhì)研究,在水-力耦合下黃土災(zāi)害方面取得了地震滑坡、振動(dòng)促滲、濕剪促滑等關(guān)鍵理論和技術(shù)問(wèn)題的突破,先后主持國(guó)家重大科研儀器研究項(xiàng)目1項(xiàng),國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目3項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題1項(xiàng)以及鐵道部等省部級(jí)重大科研項(xiàng)目10余項(xiàng)。以第一完成人獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng);作為參與人獲得國(guó)際FIDIC獎(jiǎng)1項(xiàng)、中鐵建等省部級(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文260余篇,其中SCI80余篇,出版專(zhuān)著7部,授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利18項(xiàng)(含國(guó)外)。
“踏去來(lái),五岳三江”:成為地質(zhì)郎
王家鼎出生在陜西藍(lán)田,在爺爺與父親的文學(xué)啟蒙和熏陶下,詩(shī)情文采俱佳。高中時(shí)期,王家鼎尤其喜愛(ài)聽(tīng)堂兄給他講青海地質(zhì)隊(duì)的故事。堂兄口中壯麗的山河、奇妙的經(jīng)歷,化成了他心中對(duì)“浪漫野外”的無(wú)限憧憬和對(duì)地質(zhì)專(zhuān)業(yè)的濃厚興趣。
1979年王家鼎參加高考,順利考入西安地質(zhì)學(xué)院(現(xiàn)為長(zhǎng)安大學(xué))應(yīng)用地球物理專(zhuān)業(yè)。1983年本科畢業(yè),他憑借著扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ),考入中國(guó)科學(xué)院蘭州地震研究所,攻讀地震工程專(zhuān)業(yè)碩士,專(zhuān)注抗震減災(zāi)的方向。留所工作后,正式開(kāi)啟了“踏去來(lái),五岳三江”的地質(zhì)人生。
蘭州多年,他手拿地質(zhì)錘,走過(guò)戈壁荒灘,也攀過(guò)懸崖峭壁。“這輩子從事了地質(zhì)工作,就得要有奉獻(xiàn)精神、吃苦精神,否則真是干不了這一行。”28歲那年,王家鼎為勘測(cè)采樣攀在懸崖壁上,工作即將完成之際,遇到上方塌方,頭頂不斷有碎石滾落,返回的路線(xiàn)也被沖的不見(jiàn)蹤影……千鈞一發(fā)之際,是同事用繩索硬將他拉了上來(lái)。回想起30多年前的遇險(xiǎn)經(jīng)歷,他仍心有余悸。
在王家鼎的地質(zhì)生涯中,與災(zāi)害搏斗、與時(shí)間賽跑的防災(zāi)減災(zāi)工作占很大比重。他曾多次深入甘肅、陜西等山區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害提供災(zāi)情研判和救援指導(dǎo)?!昂翁幖疑?,殘?jiān)珨啾冢橐叭丝迯亍?,人民受苦、村落受?zāi)的種種慘象烙印在王家鼎心間,“自責(zé)??!恨自己沒(méi)有更好的辦法讓村民們免于災(zāi)難”,這些刺激轉(zhuǎn)化為研究的動(dòng)力不斷鞭策著王家鼎,后來(lái),他以原創(chuàng)性的理論參與泥石流滑坡預(yù)報(bào),打通生命通道,受到各級(jí)表彰。
悠悠歲月,靜聽(tīng)錘爽。多年的野外磨煉讓王家鼎蛻變成長(zhǎng)為一名意志堅(jiān)定,技術(shù)過(guò)硬的地質(zhì)人。1994年,王家鼎懷著對(duì)家鄉(xiāng)的眷戀,帶著一身專(zhuān)業(yè)本領(lǐng)和一批重大科研成果調(diào)入西北大學(xué)。
“鐵龍飛過(guò)不黃天”:也做高鐵人
2004年,中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)時(shí)期,鄭西高鐵是我國(guó)在黃土地區(qū)建設(shè)的第一條高鐵。然而在大面積濕陷性黃土地區(qū)修建高速鐵路,是一個(gè)世界性難題。鐵道部公開(kāi)招標(biāo)關(guān)于如何解決高速鐵路的機(jī)車(chē)振動(dòng)引起路基沉陷問(wèn)題的重大科研項(xiàng)目,由王家鼎牽頭的西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)也參與其中。
回想籌備競(jìng)標(biāo)的過(guò)程,王家鼎直言艱辛且難忘,“那是夏天最熱的時(shí)候,我和碩博學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)室待了一個(gè)半月”,伴隨著降不下的氣溫和做不完的實(shí)驗(yàn),厚厚一沓論證書(shū)也終于問(wèn)世,王家鼎團(tuán)隊(duì)多年來(lái)有關(guān)黃土動(dòng)力學(xué)的研究成果凝聚其中,論證清晰,數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)。功夫不負(fù)有心人,憑借扎實(shí)的基礎(chǔ)與得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),王家鼎團(tuán)隊(duì)高分中標(biāo),并獲得院士評(píng)委的好評(píng):“把項(xiàng)目交給西北大學(xué)是非常正確的選擇,他們?cè)邳S土家門(mén)口研究黃土,真正把問(wèn)題說(shuō)透了。”
項(xiàng)目緊急,任務(wù)艱巨,王家鼎不敢有絲毫松懈,大年初五便前往鄭州。從鄭州到西安500多公里,每個(gè)重點(diǎn)路段都要勘探、采樣、進(jìn)行振動(dòng)和波速測(cè)試,為取原狀土研究,最深挖掘至30米。那個(gè)夏天,王家鼎開(kāi)車(chē)沿鄭西線(xiàn)走了3趟,取回的土樣堆滿(mǎn)了地質(zhì)學(xué)系的后院。
實(shí)驗(yàn)室中部分原始土
沒(méi)有前人經(jīng)驗(yàn),沒(méi)有數(shù)據(jù)參考,王家鼎與團(tuán)隊(duì)艱苦攻關(guān),終于拿出了第一份濕陷性黃土地基的動(dòng)力特性與設(shè)計(jì)參數(shù),“這一路上500多公里,土質(zhì)不一樣、黃土厚度不一樣、收縮程度不一樣,我們一段一段做了實(shí)驗(yàn),整理了滿(mǎn)滿(mǎn)三大張表。當(dāng)我把這個(gè)表交出去的時(shí)候,我的手都在發(fā)顫。從來(lái)沒(méi)有人研究過(guò)火車(chē)的震動(dòng)參數(shù)到底有多大,到底能引起多大的下沉,這個(gè)數(shù)據(jù)拿出去,我們是要負(fù)責(zé)任的!”實(shí)踐證明,他們?yōu)猷嵨鞲哞F的設(shè)計(jì)和施工提供了可靠的技術(shù)支撐。
鄭西高鐵
有了鄭西高鐵的經(jīng)驗(yàn),團(tuán)隊(duì)后續(xù)的研究工作從容了很多,隨后又參與了大西高鐵、寶蘭高鐵、鄭太高鐵的建設(shè)設(shè)計(jì),并獨(dú)立承擔(dān)了黃土邊坡失穩(wěn)(滑坡)研究、黃土路基振(震)陷研究、黃土濕陷研究等科研項(xiàng)目。王家鼎在研究中創(chuàng)新了機(jī)車(chē)振動(dòng)引起黃土路基振陷理論、首創(chuàng)了深部黃土濕陷的巖橋 (古土壤層) 滯后塌陷理論、提出了柔性生態(tài)護(hù)坡工法及邊開(kāi)挖邊防護(hù)理念等。
為攻克黃土振動(dòng)促滲的定量測(cè)試難題,王家鼎率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目的資助下自主研制了首臺(tái)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的振動(dòng)促滲儀,利用該儀器進(jìn)行的大量試驗(yàn)也幫助團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了振動(dòng)和水聯(lián)合作用對(duì)黃土邊坡的促松、促裂、促滲和促滑機(jī)理,刷新了黃土滑坡成因理論,填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白。除此之外,團(tuán)隊(duì)自主研制的高精度、高采樣率的24通道同步高速采集裝置獲得了國(guó)際專(zhuān)利,解決了機(jī)車(chē)寬幅振動(dòng)的多參數(shù)感知難題。
震動(dòng)促滲測(cè)試系統(tǒng)原理圖
“五促效應(yīng)”演化示意圖
“游目騁懷莽隴原,鐵龍飛過(guò)不黃天”王家鼎在詩(shī)中描寫(xiě)了寶蘭高鐵通車(chē)后的所見(jiàn)所感?!笆苎献约簠⑴c建設(shè)的高鐵,平穩(wěn)安全又沒(méi)有揚(yáng)塵,那種喜悅和自豪的感覺(jué)難以言表!我們用專(zhuān)業(yè)解決了工程實(shí)踐中重大科學(xué)問(wèn)題,并將科技成果應(yīng)用到國(guó)計(jì)民生,這種成就感,什么都換不來(lái)!”。
王家鼎驕傲地稱(chēng)自己也是高鐵人:“我們高鐵人的座右銘就是‘不為利益來(lái),而為人民往’!”一份成就感,一顆事業(yè)心,這便是王家鼎多年來(lái)初心不改,赤誠(chéng)依舊的秘訣。
王家鼎團(tuán)隊(duì)成果在國(guó)內(nèi)黃土地區(qū)鐵路網(wǎng)的應(yīng)用情況
在鄭西高鐵、大西高鐵相繼順利通車(chē)后,王家鼎又率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)投身重載鐵路工程上?!白钪氐蔫F路如何行駛在最軟的地基上”,成為他面前的新難題。
我國(guó)第一條按照30噸軸重重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的瓦日鐵路(山西中南部鐵路通道)2009年開(kāi)工建設(shè)。瓦日鐵路經(jīng)過(guò)的滑坡、溜塌、采空區(qū)等不良地質(zhì)發(fā)育地區(qū)多,建造隧道易發(fā)生變形與塌方,為此,王家鼎團(tuán)隊(duì)研制出特殊探頭,識(shí)別和預(yù)報(bào)圍巖涌水塌方,解決了這種特殊地層隧道的災(zāi)害感知技術(shù)難題。
施工到呂梁山脈時(shí),在實(shí)地又遇到了重大難題:鐵路邊上一處滑坡無(wú)論如何也找不到滑動(dòng)面,若采取避繞處理,需增加13億投入。一籌莫展之際,王家鼎來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)。反復(fù)勘測(cè)后,他將目光鎖定在滑坡舌部可能剪出口部位的山溝。為尋找“癥結(jié)”所在,王家鼎在腰間綁上安全繩,沿著山溝陡峭的崖壁,深入40多米深的谷底泥潭。時(shí)間一分一秒地過(guò)去,寒風(fēng)凜冽,泥水透過(guò)膠鞋傳來(lái)刺骨的冰冷。就在大家?guī)缀跸胍艞壍臅r(shí)候,“找到了!”王家鼎憑著獨(dú)有的經(jīng)驗(yàn)找到了滑動(dòng)面。
“就像是沒(méi)有明顯癥狀的疑難雜癥,要找到病根,只能憑借醫(yī)生豐富的經(jīng)驗(yàn)和細(xì)致敏銳的觀(guān)察判斷?!蓖跫叶κ肿院?,“辛苦點(diǎn)怕啥,我們?yōu)閲?guó)家節(jié)省了13個(gè)億”。類(lèi)似的境況王家鼎還遇見(jiàn)過(guò)很多,經(jīng)常應(yīng)各設(shè)計(jì)院、勘察院的邀請(qǐng)到工程現(xiàn)場(chǎng)“出診”。“設(shè)計(jì)單位的工程實(shí)踐加上我們科研院校的研究成果,充分融合就能解決真正的工程問(wèn)題。”
成果理論體系
多年來(lái),王家鼎團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)施工單位合作,開(kāi)展了我國(guó)及“一帶一路”共建國(guó)家高速鐵路、重載鐵路和高山機(jī)場(chǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)中的防災(zāi)減災(zāi)重大科學(xué)難題和技術(shù)方法的研究,構(gòu)建了黃土災(zāi)害防預(yù)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),不僅填補(bǔ)了行業(yè)空白,更服務(wù)了國(guó)家的重大需求。2020年,由王家鼎團(tuán)隊(duì)與中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)、中鐵十七局和中鐵西北研究院等合作完成的“重大工程黃土災(zāi)害機(jī)理、感知識(shí)別及防控關(guān)鍵技術(shù)”獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
“所有的成果都是集體的功勞,各部門(mén)的支持與配合以及團(tuán)隊(duì)成員的艱苦付出成就了這份榮譽(yù)?!蓖跫叶Χ嗄陙?lái)堅(jiān)持的“產(chǎn)學(xué)研用”道路取得了累累碩果。多方合作的科技成果直接應(yīng)用于大西高鐵、巴基斯坦輕軌、晉中南和蒙華重載鐵路等國(guó)內(nèi)外20多條鐵路和機(jī)場(chǎng)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)中,納入了行業(yè)規(guī)范,產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,攬獲了“菲迪克獎(jiǎng)”“越南政府榮譽(yù)獎(jiǎng)”“老撾政府榮譽(yù)獎(jiǎng)”“中國(guó)優(yōu)秀測(cè)繪工程獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”等一系列國(guó)內(nèi)外工程大獎(jiǎng)?!拔业膶?zhuān)業(yè)是應(yīng)用學(xué)科、工程學(xué)科,我們與設(shè)計(jì)單位、施工單位的關(guān)系就像魚(yú)兒離不開(kāi)水,瓜兒離不開(kāi)秧?!?/p>
公誠(chéng)勤樸:我是西大人
90年代初調(diào)入西北大學(xué)時(shí),王家鼎在城市與資源學(xué)系負(fù)責(zé)教授城市規(guī)劃的相關(guān)課程,繼續(xù)著滑坡、泥石流、樓房勘察、災(zāi)害防治的研究。2000年,地質(zhì)學(xué)系開(kāi)展一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)的申報(bào)工作,王家鼎應(yīng)邀參與,補(bǔ)足了地質(zhì)工程二級(jí)學(xué)科的缺項(xiàng)。
扎根西大30余年,王家鼎對(duì)“公誠(chéng)勤樸”的理解與踐行不斷深入。在自主研發(fā)的專(zhuān)利儀器上,赫然看到西北大學(xué)的?;找约啊癤D-SVP2023土振動(dòng)促滲儀”的命名。
“我是一個(gè)教書(shū)人,培養(yǎng)地質(zhì)工程人才是我的使命”,作為西北大學(xué)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)創(chuàng)建人、帶頭人,王家鼎為學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展嘔心瀝血。主講多個(gè)核心課程、編著課程教材、培養(yǎng)教學(xué)梯隊(duì)……從白手起家到碩果累累,王家鼎走了二十年。
王家鼎的授課以生動(dòng)鮮活著稱(chēng),工程實(shí)踐中大量案例在教學(xué)中信手拈來(lái),他希望能將自己的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)毫無(wú)保留地回饋給學(xué)生。他不僅重視課堂上的教學(xué),也十分注重培養(yǎng)學(xué)生的野外實(shí)踐能力。陡崖上的手把手教學(xué)、一對(duì)一講解,讓已畢業(yè)20年的袁金輝至今記憶猶新。他主張學(xué)生多做工程實(shí)踐,用地質(zhì)錘寫(xiě)出“硬氣文章”。
為西大工程地質(zhì)在全國(guó)范圍內(nèi)保持聲譽(yù),王家鼎堅(jiān)持每年招收足量碩博生,“西大地質(zhì)要培養(yǎng)有胸懷,能吃苦,肯上進(jìn)的人才”,二十多年來(lái),他已經(jīng)將103名碩士、博士、博士后送上一線(xiàn)工作崗位。他們活躍在中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)、中交一院、西北水電等勘察設(shè)計(jì)院及同濟(jì)、長(zhǎng)安、太原理工等高校,從事工程地質(zhì)相關(guān)工作。
“沒(méi)有謝婉麗、谷天峰、張登飛這一批具有拼搏精神、奉獻(xiàn)精神的研究人才,我們的團(tuán)隊(duì)不可能取得這樣的成果”,托舉更多更亮的新星,為地質(zhì)事業(yè)注入源源不斷的新力量,成為王家鼎如今最大的心愿。
一山一水,盡覽詩(shī)囊。自少年起,王家鼎就喜歡將自己的所見(jiàn)所聞所想寫(xiě)進(jìn)詩(shī)中。2010年,王家鼎詩(shī)集《生命的行者》由陜西人民出版社出版。他的詩(shī)詞中,真切的意象飽含對(duì)生活之熱愛(ài),對(duì)理想之追求,清晰的意境閃著礦石一樣的光,映出地質(zhì)與詩(shī)詞交織的浪漫一場(chǎng)。
30多年的工作記錄、生活寫(xiě)照,構(gòu)成了這位黃土行者的靈魂吟唱,未來(lái),他也將繼續(xù)在這片黃土地上研究著、記錄著,思考著……



