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中国岩土网与王洪新交流的9个问题

2018-07-21 09:27

  1、王博士,您一直在工程企业工作,却做出了大量研究成果,谈谈你在施工企业是如何取得这些研究成果的?

  我想我做研究还是开始于做博士论文时期。由于硕士论文时做数值分析的艰难经历,我觉得应该做一些与实际工作有一定关系的课题,这方面是我熟悉的。那时,我刚参与并完成了一个863研究课题,那个项目做了大量土压平衡盾构掘进试验,发现了一些不常看到的现象。比如,在砂性土掘进时,如果刀盘开口率非常小,盾构会发生掘进困难,同时伴随出土率、顶力和刀盘扭矩异常。当时,更想采用类似液体力学的方法做这方面研究,因为土砂进入土舱然后通过螺旋输送机排出的过程与液体更相似。而那时国内研究盾构大多是采用以连续介质为基础的有限元法,是不能模拟盾构切削土体,然后遇螺旋机排出的过程的。实际上,国内研究土舱、刀盘与开挖面土体关系主要是从我开始的,目前,这方面的研究许多都是以我的成果为基础的。另外,购买盾构时也需要明确总推力、刀盘扭矩及开口率配置问题,以便于用户是国外生产商谈判,所以,就从事了大量土压平衡盾构研究,后来找到感觉了,就在业余时一直把研究继续下来了。

  2、您的研究领域非常广,近年来你大多从事基坑方面研究,您为什么在做了那么多盾构研究后又回到了基坑研究领域?

  这主要是与我现在从事的工作有关。以前,我在上海隧道工程股份有限公司的技术中心工作,科研是我的主要工作,当时,有许多大项目支持,以这些项目为依托会做许多试验。后来,我到了上海城建市政集团工作,我是企业的副总工程师,主要是从事基坑施工。如果我一直抱着盾构研究不放,会变成无源之水,最终,灵感会枯竭。而我在硕士研究生时主要研究基坑工程,当时,我的导师曾经提醒我,基坑稳定性问题一直没有被很好地解决。现在看来,导师的告诫是对的,近年来又发生一些大规模的基坑事故。而施工本身会给我提供研究的选题的来源。我在施工企业,比较清楚研究那些问题可以在施工中被应用。所以,我最终又回到基坑领域了,这是基于实际情况考虑的结果。

  3、您主要在施工企业做理论研究,与我们常见到的学者有很大不同,您能站在你的角度谈谈我们的土力学研究能在什么地方突破吗?

  我觉得国内研究有许多问题,比如,理论与实践脱节,过度依赖数值方法,为了研究而研究等。岩土研究本身是实践科学,如果不能用于工程设计与施工,研究是毫无意义的。当然,不排除有的研究可能在几十年后才能应用于实践,但这也要有规划。我研究的问题往往都是实践中必须解决的问题,比如,基坑围护上的土水压力问题。关于这个问题,各地的规范非常混乱,实际上造成设计时的任意性,往往成为导致基坑事故的根源之一。水土合算在上海地区被大量应用,如果应用恰当基本上没有问题。而上海地区有大量的粉质粘土和粘质粉土,大多分布在基坑开挖范围内,由于没有介于水土分算和合算中间的算法,只好用水土分算,导致了设计上的浪费。另外,水土合算长期不被认可,还是由于缺乏理论基础。所以,我当时想把水土压力分算与合算统一起来,并且,构造了介于两者之间可以应用于粉土的统一算法。我觉得水土压力统一算法,可能会揭示出土力学内在的矛盾,是近年土力学可能出现突破的领域之一。

  4、您曾经说过中国三十年内应该出岩土工程的世界级大师,许多人觉得在目前的体制内这不大可能。您是基于什么原因这样认为的呢?

  我觉得目前国内地铁大规模建设,地下空间飞速发展,而中国幅员辽阔,岩土工程问题非常多,我们有这个实际需求。我们有大量研究群体,差不多90%的岩土研究者都在中国,岩土的新成果往往先在中国应用。另外,国家和企业也有大量的资金投入做为保证。主要地,岩土学科本质上讲是半经验学科,是基于经验上的科学,这方面,中国人是强项,不象物理学、化学那些学科。我们中国要有自信,不要觉得那个方面都不行,都不如西方学者。只要我们民族有自信,做好规划,三十年内出个岩土工程的世界级大师应该是有可能的。

  5、您好象对有限元等数值方法的评价不高,但有限元是目前解决岩土复杂问题的最有效方法之一,你谈一谈你对数值方法的认识。

  其实,我也不是对有限元方法有多大的偏见,我自己早期时就做数值分析,当时我们普遍使用Ansys软件。有限元在解决结构工程问题时是最好的方法之一,但用于岩土问题,本构上的缺陷造成了无法解决的问题。一些早期学者认为,计算不准确是由于本构研究还没有达到理想水平,所以,大量研究者投入大量精力从事本构模型研究,许多年过去了,我们的最好的本构模型还是那么几个,进展是有的,但仍不足以广泛用于工程实践。更不好的是,由于本构模型中的参数在实际勘察时获取有很大困难,即使有也算不准,计算时,研究者任意调整参数,导致想算出什么结果都可以,往往会误导施工人员,会造成更大的工程风险。我也不是觉得数值方法都不好,关键看怎么用,比如,离散元方法用于盾构切削土体并排出的全过程分析就非常好,算出的成果可以把盾构施工参数与地层参数联系起来,是个很好的方向。

  也不是这个意思,这样就太绝对了。有限元还是个很好的工具,关键看怎么用。比如,计算基坑,采用杆系有限元模型把土水压力用荷载处理就比把土体当成实体单元好。这样做土水压力更明确,可以根据实际情况把水土压力分算或合算,而分算往往是偏于安全的,这样,计算者会心中有数,知道底线。另外,如果用杆系有限元,被动区土体可采用土弹簧处理,参数比较少,便于把工程经验引入计算。但有些情况下还是要把土体当成实体的,比如计算人员更关心基坑开挖对环境的影响时,如果只用杆系有限元就会遇到问题,此时,还是要建立土体单元的。

  7、如果把复杂一些的本构模型引入实际工程,你觉得应该如何做才可能广泛应用?

  我觉得还是工程师与学者们之间的鸿沟问题,我们往往是研究者不关心工程;工程人员不理解理论研究。这造成研究与实践的脱离,在岩土领域这种脱离是非常严重的。在很大程度上我们的本构研究更象是学者们在自娱自乐,有的把模型参数越取越多,使实际应用更加遥遥无期。我的意见更接近龚晓南院士的观点,我们能不能把模型改造一下,使它们更接近某一具体工程问题比如基坑计算,然后就可以把参数变少。当然,我的观点是,在基坑计算时,可以采用复杂一点的本构模型,但要工程师多做一些反分析,为了积累经验,最好在一个地区大家统一采用一种模型。这样,便于确定一些比较容易确定的参数,少数不好确定的参数,通过不断积累经验来确定。对于象上海这样的比较均匀性质变化也不剧烈的地层,只要坚持,时间长了就可以使一些本构模型慢慢应用于工程实践,这样也可反过来促进本构模型研究的发展。

  8、您的研究更接近于理论研究,但选题又都是来自工程实践,谈谈您为什么选择这样的研究特色?

  这主要是基于这样的考虑。能够做研究的学者很多,但一边做研究一边做工程的很少。另一方面,能够做工程的人更多,但能够把工程问题上升到理论高度的人更少。我更想在理论研究和工程之间架起一座桥梁,其实,象太沙基那样的学者早期都是搞工程的,岩土本身还是一门技艺,当然也需要把一些问题提升到理论高度。另外,我在企业中,如果做大量试验是不好找基金支持的,我只好利用别人的试验成果和我自己的工程监测数据做研究。我做理论方面的研究在这各情况下更容易持续。当然,如果有那个大学愿意和我合作,我更愿意,这样可以改变我目前的困境。

  我最想说的,就是研究出好成果最需要的还是热爱,一个只想抄袭别人成果的人是成不了大气候的。如果你热爱,再加上一定的天分和努力,你就会成功的。岩土是个方兴未艾的科学领域,大多方面都远未达到成熟,希望大家从事这个领域的研究,最终会得到大的回报的,真正被人认可是非常快乐的事。还有,想做出好成果最好暂时放弃过大的名利,古希腊学者之所以取得那么好的成果就是因为他们研究是为了体会发现上帝秘密的快乐。最后,祝岩土网越办越好,成为国内学术交流的平台。