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春夜忆梦(陈祖煜院士忆潘家铮)
2013/3/28 11:19:57    新闻来源:中国水力发电工程学会
         纪念潘家铮——恩师、挚友

陈祖煜

 

  上世纪六十年代初,在大学学习期间,我已经知道潘家铮这个名字了。因为他写了一套关于水工隧洞、调压井等结构计算的丛书。在那个年代,这是难得的工具书,因此潘家铮也成为了我心目中的偶像。

  我和潘总第一次谋面是1982年。当时,我刚在加拿大做了两年访问学者归来,在水科院工作。潘总在水利水电规划设计院任总工程师。他发起了一个编制土石坝设计计算专用程序的工作。在启动会上,我介绍了自己和Morgstern教授合作,对著名的Morgstern-Price法的改进工作。潘家铮将西北院王复来,昆明院孙君实和我编制的三个土石坝稳定分析程序,确定为一个软件包,起名为“STAB”,并戏称用我那个从加拿大带回来的程序是实行鲁迅先生的 “拿来主义”。1984年潘总主持了这些程序的鉴定会议,随后以水规总院文件下达。有了这个鉴定文件,我的那个“STAB”程序才得以在水利水电设计行业内推广,形成今天在水工设计中有一定影响的软件。

  我和潘总在学术上的交流、沟通,应该说是以“潘家铮最大最小原理”开始的。1978年潘总在他的“建筑抗滑稳定和滑坡分析”一书中,提出了这样的命题:

  (1)滑坡如能沿许多滑面滑动,则失稳时,它将沿抵抗力最小的一个滑面破坏(最小值原理)。

  (2)滑坡体的滑面肯定时,滑面上的反力(以及滑坡体内的内力)能自行调整,以发挥最大的抗滑能力(最大值原理)。

  这一命题在中国学术界立即引起巨大的反响。因为在求解边坡稳定安全系数时,中外学者均面临着可建立的方程数目少于未知数的数目这一静不定难题。潘家铮原理可以为我们增加附加的限制条件,有可能建立理论体系更加严密的稳定分析方法。

  上世纪九十年代初,我将研究重点转移到建立在塑性力学上限定理基础上的边坡稳定斜条方法方面的研究。这一工作实际上是在实现“潘家铮最大原理”。1992年,我在澳大利亚与Donald教授合作,在斜条方法基础上应用数值方法无条件地获得一系列土坡稳定经典问题的闭合解。回国后,我向潘总报告了这一成果,潘总打断我的话问:“你刚从国外回来,为什么不作一个讲座,系统地介绍这个研究工作”。我问潘总,“你有时间来听吗?”他说:“有”。

  记得那一天上午,当岩土所的同行在我们的会议室开会时,门外停下了辆小轿车,走出门的是时任电力部总工程师的潘家铮。我这个讨论会自然也“升格”为由水科院副院长、总工程师主持的学术演讲会。在我做完报告后,潘总做了这样一段总结:

  “今天我之所以来参加陈祖煜同志的学术报告会,和我的一番经历有关。五十年代初,我在上海院工作,被叫到北京来参加一个学习班,说苏联老大哥有个叫索科洛夫斯基的教授,提出了一个极限平衡法,把土力学里的所有问题都解决了。但是索氏方法后来没有在工程中得到广泛应用,原因是这个纯理论解析法,只能在几个极为简单的例子中获得闭合解,很难处理实际工程问题,今天,我终于高兴地看到,我们中国的科学家使用数值分析方法,可以针对很多实际工程问题无条件地得出这一理论问题的解答了。”

  后来,没想到,这一科研成果确实在潘总处理的实际工程中发挥了作用。那要从有关三峡大坝3坝段深层抗滑稳定的争论谈起。工程地质人员发现在三峡大坝坝基的花岗岩岩体中,存在着一组中、缓倾角节理。为了分析大坝沿着这组结构面的抗滑稳定的安全系数,调动了国内多家设计大专院校进行平行计算。但计算成果分散,争论不休。我发现其中一个给出偏低安全系数的代表性计算成果是使用了Hock教授编的SARMA程序获得的。恰好,我和Donald在建立上限理论体系时,发现了Sarma法中忽略了条间力方向两种可能性的缺陷。在“加拿大岩土工程学报”上发表的那篇论文,我们提出了相应的判据和计算方法。3坝段的这一偏低的安全系数恰恰是因为SARMA程序中被忽略的那一个条间力方向导致的,因而是错误的。我向潘总报告了这一发现时说:“要证明这一点很容易,把计算数据调来,将长江委设计院为我们提供的混凝土的凝聚力设为零,安全系数立刻从2.3提高到2.8。怎么可能凝聚力越小安全系数越大呢?显然程序有错。这一理论问题的阐述已在国际著名学术期刊中正式发表了。”潘总听后非常高兴。他说,关于3坝段的争议长期解决不了,陆佑楣总经理都批评我了。投标单位都来了,图纸提不出来。看来需要开一个专门研讨理论问题的会议。后来,技委会的秘书朱光裕还为我提供了一个花絮。在印发会议通知时,她将潘总起草的文中“请陈祖煜同志做一个核心发言”这句话删掉了。潘总签发时,又将这句话补回来了。

  证明潘家铮最大最小原理,一直是我毕生追求的目标。早期,我曾在“清华大学学报”发表过一篇论文,说明这一原理在理论上与塑性力学的上、下限定理是一致的。但是对于一个科学命题,仅用哲学方法论述是不够的。科学定理要在公理基础上,通过无懈可击的数学推理获得证明。我注意到,潘总在1978年提出这一命题时,是从岩质边坡楔体稳定分析一个个案谈起的。对于楔体的分析方法,国外早在上世纪五十年代就有人提出,并被载入教科书。潘家铮敏锐地发现,这一方法的计算公式忽略了滑面上的剪应力,实际上是默认了剪应力方向平行于楔体的交棱线。潘家铮质问:凭什么可以忽略剪应力。他认为,自然界中的滑坡存在一个普通的规律,即在破坏时,要调动最大的抗力。因此,这个剪应力应该放到方程式中去,用安全系数取最大值这一条件把它找出来。

  九十年代,我们有了计算机。我编了一个程序,相应不同剪应力方向做了大量的计算,发现了安全系数的极值确实存在。有了前期塑性力学上、下限定理方面的工作积累,我跳出传统的从剪应力大小出发的思路,以剪应力方向为自变量,获得了一个计算安全系数的“广义解”。并证明了在摩尔-库仑相关联法则关于剪胀角等于摩擦角的条件支持下,安全系数相应剪胀角的导数确实为零,潘家铮最大原理在楔体稳定分析领域终于通过严格的数学推理获得了证明。

  我在“国际岩石力学和采矿工程学报”上发表论文,首次向国外学者介绍了潘家铮最大最小原理,首次介绍了潘家铮在25年前向传统的楔体方法发出的挑战,也介绍了我在这一思想的启发下,提出的“广义解”和对最大原理的证明。我记得当时在马路上骑自行车时,手机响了,传来潘总的声音。他告诉我,他看了这篇文章,非常高兴,非常敬佩。我当即回答,最应受敬佩的是潘总本人。因为这座灯是他点亮的,路是他指明的。

  回想这三十年,在我前进道路的每一个里程碑上,都记载着潘总对我的支持与帮助。1991年,我的导师黄文熙教授邀请他主审我的博士论文,并任答辩委员会主任,他欣然同意,并充分肯定了我的论文,写下了十分肯定的评语:“本论文既有理论高度,又有实用意义,是一篇极为优秀的学位论文,已经达到国际先进水平。”

  2003年,我完成了专著“土质边坡稳定分析—原理、方法、程序”一书,他在此书的序言中,详细地介绍了我们在学术研究和工作交往过程中结下的友情。序言以这样的文字结尾:“目前,有关研究工作虽然已经取得了重要成就,但征途仍长(尤以岩质边坡为甚),我盼望有关部门能继续支持他们的工作,并祝他们在今后的战斗中取得更大的成就。”

  同年,我在申请中科院院士的评选中落马,他专门把我叫到他的办公室,鼓励我不要泄气,同时提出了几个我需要努力的方向。他又专门打电话给他的恩师钱令希院士,希望钱院士关注我的工作。在我入选院士后,他又在第一时间打电话向我表示祝贺。

  回顾这三十年,我和潘总单独面对交流加起来时间并不多。潘总虽然善谈,但很少与人单独长谈。我们之间的交流,用“君子之交深如水”来形容十分恰当。我想我们很多同志也有同感。在我桌前有一本书“序海拾珍”,可以发现,潘总为多少学者的专著做了序(相信书中收录的还不是全部)。这里倾注了潘总对青年科技工作者的期望和厚爱。

  潘总病重住院期间,我曾去看望几次。因怕影响他的休息,每次都不敢久留。就在这短暂的时间,潘总和我谈论的总是水利水电发展的话题:移民问题,修建大坝的环境生态问题,等等。2012年中秋节前,我和潘总的秘书李永立联系,拟前去看望。李工说,潘总身体很弱,免疫功能差,最好再等一段时间。过几天,周建平总工告诉了我,他去看望了潘总。潘总让他转告我:“你自己行走也不便,要注意安全,这次就不要来了。”过几天,突然传来潘总驾鹤西逝的消息,这也成了他留给我的最后一句话。

  潘总走了,他太累了。

  不,潘总没有走,他在看,他在等 -

  “雅鲁藏布开工日,公祭无忘告逝翁。”

  春夜临窗,追思英魂,江河泣,大地憾,仰天长叹,掷笔无言!

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