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黄文熙(中国科学院院士)

黄文熙(1909-01-03~2001-01-01) 中国土力学与岩土工程学科的主要奠基人之一。江苏吴江人,生于上海,卒于北京。 [1]

黄文熙是水工结构和岩土工程专家,新中国水利水电科学研究事业的开拓者。1929 年毕业于中央大学(现南京大学 [2] )土木工程系。在水利水电工程、结构工程和岩土工程几个领域中都取得了杰出的成就。致力于水利水电工程教育事业半个多世纪,培养了大批工程技术人才。

黄文熙(1909 01.03 - 2001 01.01)岩土工程与水工建筑专家。原籍江苏吴江(今苏州),出生于上海。

黄文熙,1909年1月3日出生于上海一个乡绅家庭,祖籍江苏省吴江县(今苏州市吴江区)。少年时,父亲经商屡遭失败,因而家境日趋困难。为了日后能有稳定的职业,他进入了培养邮政和海关业务人才的上海民立中学。毕业后,先在暨南大学学习商科,后改学理工科,又先后在大同大学理预科、河海工科大学学习。

1929 年毕业于中央大学(现南京大学) [2] 土木工程系,获工科学士学位。留校任教一年半后到上海慎昌洋行建筑部任结构设计员,参加了几座高层建筑物的结构设计。在设计一座17层钢架结构时,创造了“框架力矩直接分配法”,完满地完成了设计任务,深得当时建筑部主任的赞赏,称誉他“具有解决困难任务的特殊能力”。

1933年,黄文熙考取清华大学第一届留美公费生,主修河工专业。学校指定中国河工专业的创始人李仪祉和沈百先为导师,先安排在国内参观实习一年,1934年秋人美国依阿华大学,1935年春转至密歇根大学,师从S.铁摩辛柯(Timoshenko)及H.W.金(King)两位教授,学习力学和水工建筑,在取得硕士学位时因成绩优秀被授予斐加斐荣誉奖章,并破格免试攻读博士学位。他只用了一年半时间就完成了博士论文《格栅法在拱坝、壳体和平板分析中的应用》,受到导师和答辩委员们的称赞,并被授予西格玛赛荣誉奖章,当时,《底特律日报》和《密歇根日报》都有专文称赞他是“密歇根大学多年来才华最出众的学生,在结构和水利工程两个领域内取得了杰出的成就”。

在美学习期间,他还受到土力学奠基人K.太沙基(Terzaghi)的深刻影响,对当时尚属新兴学科的土力学给予高度注视。1937年初取得博士学位后,他又到美国垦务局实习半年,参观、考察了十几个正在建设的大坝工地。

归国以后,他在国内首开土力学课程;建立了国内大学的第一个土工实验室。善于抓住生产实践中的关键性学术问题进行创造性的基本研究,十分注意引进和推广国内外先进技术。
  例如创导用栅法分析拱坝应力阐明影响砂土液化的许多因素,并创议用振动三轴仪研究液化问题等。建议用砂井和预压法加固软土地基;用反滤层和排水井防止闸坝地基渗透破坏;用补偿基础原理建造水闸;用就地浇注混凝土防渗墙阻塞砂粒地基的渗漏等。参加了治淮和治黄工程中一些水闸和佛子岭、梅山、板桥、岳城、新丰江、毛家村等水坝的科研与加固工作,以 及武汉长江大桥、上海宝山钢厂及其它一些工程的有关河道冲刷防护与地基加固处理的咨询工作,并对这些工程提出了积极建议。

1937年夏抗日战争前夕,黄文熙接受中央大学的邀聘,毅然回国。由于中央大学已内迁,他先后在杭州浙江水利局和西安东北大学短暂工作,1937年冬几经辗转到达重庆。此后他在中央大学水利系担任教授、系主任,并兼任水利部水利讲座、中央水利实验处特约研究员、土工实验室主任等职。

抗日战争胜利后,随校迁返南京。在40年代,他不顾身患肺结核病,坚持教学和科研工作,发表了《挡土墙土压力研究》、《水工建筑物的土壤地基的沉降量与地基中应力分布》等论文,多次受到当时水利部的嘉奖。

1949年中央大学更名南京大学后,任南京大学工学院水利工程系教授。1952年院系调整后,先后在南京工学院、华东水利学院任教。1952至1956在河海大学任教授并创立河海大学岩土工程研究所,同时担任水利部南京水利实验处处长,为建国初期我国的水利水电建设做了大量的工作。

1955年选聘为中国科学院院士(学部委员)。

1956年起,黄文熙调任清华大学教授并兼任水利部水利科学研究院副院长。1958年水利科学研究院改组为水利部、电力部所属的水利水电科学研究院,他在清华大学执教的同时,仍兼任该院副院长,负责全院的学术领导工作。

在文化大革命中,他曾被隔离审查,但仍关心国际上土力学的发展,为土的本构关系的研究做了大量的准备工作。

1978年,他以古稀之年出任清华大学水利系土力学教研组主任,创出了一批高水平的科研成果,培养了一批高质量的硕士生和博士生。 同时兼任水利水电科学研究院和南京水利科学研究院顾问。他亲自为年轻教师和研究生讲授高等土力学课程,选派教师、研究生出国学习、进修,筹划试验室的现代化建设,确定科研方向和课题,并给以具体指导。他带出了一支有良好学风的教学、科研队伍,培养了一批高质量的硕士和博士生,取得许多优秀的科研成果。

在结构工程方面成就杰出

19311933年,黄文熙在上海慎昌洋行建筑部任结构设计员,参加了几座建筑物的结构设计。在设计一座17层刚架结构时,他创造了设计这种框架结构的“框架力矩直接分配法”,深得当时建筑部主任的赞赏。用这种方法进行力矩分配,计算工作量也比克劳斯的力矩分配法少。其论文载于1934年10月1日出版的《工程》杂志第9卷第5号,这比其他学者就同一课题在国外发表的论文早两个月。

1935年,他着手研究拱坝结构分析的新方法格栅法,经多年的艰苦工作才告完成。此法是把拱坝(或壳体)当成由许多水平拱段和垂直梁段所组成的格栅,它们都刚性地连接在格栅的结点上。这种将结构离散化的方法,实开目前广泛应用的有限元法的先河。与三向弹性理论、薄壳理论和试荷载法比较,它能考虑各种主要影响因素和边界条件,适用于电子计算机求解,也可用于研究各向异性的板壳和对板壳的动力反应分析。反应这一成果的博士论文《格栅法在拱坝、壳体和平板分析中的应用》完成后,受到导师和答辩委员会的极力赞誉。

新中国水利水电科研工作的开拓者

中华人民共和国成立以后,黄文熙除在一些大学水利专业任教外,还担任南京水利实验处处长,负责这一国内成立最早、有一定规模的水利水电科研机构的工作。他积极筹划,使其进一步充实和发展,开创了泥沙、潮浪、结构材料等新的研究领域。承担了治黄、治淮、华东地区水电工程等试验研究任务,解决了大量的实际工程问题。研制了许多水工、土工试验仪器,编制了试验手册,培训试验技术人员,开设了三期水工试验学习班。上述工作使南京水利实验处成为当时全国规划最大、水平最高的水利水电科研机构,为新中国早期的水利水电建设做出了极大的贡献。

1956年以后,黄文熙就任水利科学研究院副院长,担任学术领导工作直到文化大革命,经过10年的辛苦努力,水利科学院已拥有9个研究室、所及完整的技术后勤系统,具备了担任各种重大水利水电科研课题的能力,研制出了一批高质量的科研成果,解决了大量的水利水电工程中的疑难问题,这使其在国内外均居重要的地位。黄文熙本人也结合工程实践提出了许多带有创造性的研究成果。

黄文熙不仅是一个在岩土力学和结构理论方面有突出成就的学者,也是一个思想敏锐、经验丰富的工程师和解决实际工程问题的能手。他参加了一大批闸、土石坝、混凝土坝及地基方面的研究和咨询工作。根据我国的实际情况,他引进和推广了许多先进技术,如砂井预压法加固软土地基,用反滤法和减压井防止渗透破坏,用补偿基础原理建造不用桩基的水闸,用就地浇筑混凝土防渗墙阻止砂砾地基的地下渗漏等。结合我国水中填土坝和水坠坝的大量兴建,他对坝体填土的特性、坝体孔隙水压力的估算及施工特点,从理论和试验上予以分析验证,丰富和推广了这一具有中国特色的筑坝技术。他也积极参与了黄、淮、海和大西南、三峡等国家重大工程的咨询工作。

我国土力学学科的奠基人

1925年,太沙基(Terzaghi)出版了他的《土力学》一书,土力学形成为一门技术科学。早在美国留学期间,黄文熙就对当时尚属新兴学科的土力学敏感地给予了密切的关注。归国后,他在国内第一个开设土力学课程,建立了国内大学中的第一个土工实验室。

中华人民共和国成立后,在他担任南京水利实验处处长期间,他组织研制了不少土质勘探设备和土工试验仪器,组织编写了《土工试验手册》和现场标准贯入、触探、取样等讲义和资料,开办了四期土工试验学习班,为新中国的土工试验工作开拓了道路。他在北京任水利水电科学研究院副院长期间,还兼任土工研究所所长,对土工研究工作倾注了大量的心血。

黄文熙是我国土力学学科的奠基人。几十年来,他始终站在这一学科的最前沿,在不同的研究课题方面都做出了高水平的研究成果。

1942一1957年,他创建了地基沉降与地基中应力分布新的计算方法。通用的分层总和法计算地基沉降时,假设地基土不发生侧向变形,这显然不符合实际情况。而有些考虑地基土侧向变形的计算方法需要计算两个水平正应力和确定土的泊松比,使计算复杂而困难。他建议用三个正应力之和来进行计算,这既考虑了地基土的侧向变形,也简化了计算和减少了编制计算图表的工作量。他还建议用三轴压缩仪进行试验,研究土的弹性模量及泊松比与土体的应力值及其比例间的函数关系,这是70年代国际上所流行的应力路线法的先驱。

饱和松砂土在地震、爆破和其他动力作用下引起的液化对建筑物危害极大,因而,砂土液化的机理、鉴定和防渗是许多学者致力研究的对象。但直到50年代中期,一般仍用装砂圆筒在振动台上作试验,用以研究地基的液化问题。这在理论上有缺陷,不能用以进行动力分析。黄文熙建议用振动三轴仪进行砂土的动力特性试验,测定了不同应力状态下,由不同振动强度引起的主应力的变值的作用下,不排水条件和不同密度试样的孔隙水压力u的变化规律和绝对值。他首先提出用有效应力原理阐述液化机理,即用上述试验成果,确定一定条件下砂基或砂坡中任何一点可能产生的最大孔隙水压力,并据此用有效应力法进行动力稳定分析。这一研究成果受到国际同行专家的极大重视。他所创议的振动三轴仪及其试验方法,已为国内外广泛采用,并已成为常规的动力试验手段。

70年代,他注意到电子计算机和有限元法的发展,必然要求建立能较全面真实地反映土的应力应变关系的数学模型。针对当时已经建立的土的弹塑性模型对屈服面和硬化参数人为假设过多的缺点,他提出了从试验资料直接确定土的弹塑性模型的理论。他所领导的清华大学研究组经过10年艰苦工作,建立了“清华弹塑性模型”,做了大量的验证工作,也用于实际工程的计算分析,受到国内外同行的推崇。这一科研成果获得了国家自然科学三等奖。

在他年过80以后,还发表了论文《土坝的弹塑性应力简捷法》,对饱和土体承载后发生的起始孔隙水压力、瞬时变形和最终变形的计算方法提出了新建议。

80年代以来,随着土的本构关系和土工计算的发展,他看到各种模型试验,尤其是土工模型试验对于验证理论和计算及模拟实际工程的重要作用,看到我国与世界先进国家间在水工模型试验方面的巨大差距,于1984年亲自率团到西欧、日本、美国考察。归国后他又多方奔走呼吁,终于在我国建立了不同规模的土工离心模型试验装置,这对我国岩土工程的发展必将起到巨大的推动作用。

另外,他还组织专人进行渗水力模型试验,支持对旁压仪试验的理论研究,大力开展水力劈裂试验和机理研究,对土工合成材料的应用和研究工作寄以极大的热忱,力促土工合成材料在水利工程中的应用。这些项目有的在国外尚处于摸索阶段,有的具有巨大的工程意义和潜力。

培养了大量的水利水电科学技术人才

黄文熙从事教育事业半个多世纪,做到了既教书又育人。向学生们传授了许多宝贵的知识,也以自身的表率作用给他们以良好的启迪。

他工作勤奋,效率极高。他常常每日工作14小时以上。他的广博精深的知识和解决困难问题的能力都是从勤奋而来。在任教时,每次讲课他都要花很多精力认真备课。在他年逾古稀时,仍亲自给学生、青年教师和研究生讲授结构力学和高等土力学,其中繁难的数学公式,全凭记忆在黑板上行云流水般推导下来,令弟子们叹为观止。在他年过80以后,仍每日处理大量的文稿,一如既往,准确迅速。撰写论文时,公式的推导、插图绘制和文献检索均亲自动手。

他提倡启发式的教育,强调培养学生的自学能力。他一贯主张学生的基础理论和基本工程技能训练并重,强调试验在土力学教学和研究生培养中的地位。他要求他的研究生阅读大量的文献和尽可能多做试验。他主张从有实际工程经验的技术人员中招收工科研究生,主张从实际工程中的迫切问题中选科研题。

他治学严谨,对论文和报告审查极严,修改很细。要求对理论推导反复校核,试验结果必须有多次重复试验。他的研究生在论文工作中的试验常在百组以上。

他善于发现和培养人才,不遗余力地提携后进。在他工作的单位,他都注意组织和培养一支多层次的过硬的队伍。在文化大革命后百废待兴时,他以古稀之年出任清华大学土力学教研组主任。他调整科研项目,确定科研方向,组织和调配人员,选派教师和研究生出国学习,培养了一批高水平的硕士和博士。

他执教50多年,大江南北,国内海外,桃李满天下。他的学生有的成了学部委员、博士生导师、知名学者和专家。还培养了大批的工程技术方面的骨干人才,活跃在我国水利水电战线和其他行业。

他主编有《土的工程性质》,并于1984年出版了《水工建设中的结构力学与岩土力学问题,黄文熙论 [文选集》。
  黄文熙为我国的水利水电教育事业做出了巨大的贡献,成为几代水利水电工程技术人员的表率的楷模。

1955年,黄文熙参加了中国共产党,曾当选为江苏省第一届人大代表,全国第三届人大代表,全国第二、三届政协委员,北京市第五、六届政协委员,1955年当选为中国科学院学部委员(现为中国科学院院士)。1956年他参加制定了我国第一个长期的科学技术发展规划,即《1956至1967年全国科学技术发展远景规划》的工作。先后担任过中国水利学会副理事长、名誉理事,岩土力学专业委员会主任,中国水力发电工程学会副理事长,中国土木工程学会荣誉会员,中国力学学会理事,中国土力学及基础工程学会理事长、名誉理事等。他还担任过《水利学报》、《岩土工程学报》编委会主任,《中国科学》、《清华大学学报》编委等职。他还积极参加国内外的学术活动,曾赴西欧、日本、美国进行学术考察,多次参加国际学术会议,发表学术论文,进行学术交流,是国际知名的专家。

1955年,黄文熙参加中国共产党,曾当选为第三届全国人民代表大会代表,第二、三届全国政协委员。1956年,被]选为中国科学院技术科学部委员。先后担任过中国水利学会副理事长、名誉理事,并兼任所属的岩土力学专业委员会主任,中国水力发电工程学会副理事长,中国土木工程学会荣誉会员,中国力学学会名誉理事,中国土力学及基础工程学会理事长、名誉理事。他 还担任过《水利学报》编委会主任,《岩土工程 学报》编委会主]任。他积极参加国内外学术活动,曾率团或参加赴西欧、日本和美国考察,多次参加国际学术会议,并为之撰写论文。

1 黄文熙.框架用骈坚量解析法.工程,1934,9(5).

2 黄文熙.水工建筑物土壤地基的沉降量与地基中的应力分布.工程,1942,(15)5.7 黄文熙主编.土的工程性质.北京:水利电力出版社,1983.

3 黄文熙.拱坝、壳体及平板的结构分析.水利学报,北京:水利出版社,1962,5(5).

4黄文熙.水工建设中的结构力学与岩石力学问题.黄文熙论文选集,北京:水利电力出版社,1984.

5黄文熙.土坝弹塑性应力分析简捷法.岩土工程学报,1989,11 (6):1~8.


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