黃文熙[中國科學院院士]

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黃文熙(1909-01-03~2001-01-01) 中國土力學與岩土工程學科的主要奠基人之一。江蘇吳江人,生於上海,卒於北京。 黃文熙是水工結構和岩土工程專家,新中國水利水電科學研究事業的開拓者。1929 年畢業於中央大學(現南京大學 )土木工程系。在水利水電工程、結構工程和岩土工程幾個領域中都取得了傑出的成就。致力於水利水電工程教育事業半個多世紀,培養了大批工程技術人才。

基本信息

生平

黃文熙[中國科學院院士] 黃文熙[中國科學院院士]

黃文熙(1909 01.03 - 2001 01.01)岩土工程與水工建築專家。原籍江蘇吳江(今蘇州),出生於上海。

黃文熙,1909年1月3日出生於上海一個鄉紳家庭,祖籍江蘇省吳江縣(今蘇州市吳江區)。少年時,父親經商屢遭失敗,因而家境日趨困難。為了日後能有穩定的職業,他進入了培養郵政和海關業務人才的上海民立中學。畢業後,先在暨南大學學習商科,後改學理工科,又先後在大同大學理預科、河海工科大學學習。

1929 年畢業於中央大學(現南京大學) 土木工程系,獲工科學士學位。留校任教一年半後到上海慎昌洋行建築部任結構設計員,參加了幾座高層建築物的結構設計。在設計一座17層鋼架結構時,創造了“框架力矩直接分配法”,完滿地完成了設計任務,深得當時建築部主任的讚賞,稱譽他“具有解決困難任務的特殊能力”。

1933年,黃文熙考取清華大學第一屆留美公費生,主修河工專業。學校指定中國河工專業的創始人李儀祉和沈百先為導師,先安排在國內參觀實習一年,1934年秋人美國依阿華大學,1935年春轉至密西根大學,師從S.鐵摩辛柯(Timoshenko)及H.W.金(King)兩位教授,學習力學和水工建築,在取得碩士學位時因成績優秀被授予斐加斐榮譽獎章,並破格免試攻讀博士學位。他只用了一年半時間就完成了博士論文《格柵法在拱壩、殼體和平板分析中的套用》,受到導師和答辯委員們的稱讚,並被授予西格瑪賽榮譽獎章,當時,《底特律日報》和《密西根日報》都有專文稱讚他是“密西根大學多年來才華最出眾的學生,在結構和水利工程兩個領域內取得了傑出的成就”。

在美學習期間,他還受到土力學奠基人K.太沙基(Terzaghi)的深刻影響,對當時尚屬新興學科的土力學給予高度注視。1937年初取得博士學位後,他又到美國墾務局實習半年,參觀、考察了十幾個正在建設的大壩工地。

歸國以後,他在國內首開土力學課程;建立了國內大學的第一個土工實驗室。善於抓住生產實踐中的關鍵性學術問題進行創造性的基本研究,十分注意引進和推廣國內外先進技術。
例如創導用柵法分析拱壩應力闡明影響砂土液化的許多因素,並創議用振動三軸儀研究液化問題等。建議用砂井和預壓法加固軟土地基;用反濾層和排水井防止閘壩地基滲透破壞;用補償基礎原理建造水閘;用就地澆注混凝土防滲牆阻塞砂粒地基的滲漏等。參加了治淮和治黃工程中一些水閘和佛子嶺、梅山、板橋、岳城、新豐江、毛家村等水壩的科研與加固工作,以 及武漢長江大橋、上海寶山鋼廠及其它一些工程的有關河道沖刷防護與地基加固處理的諮詢工作,並對這些工程提出了積極建議。

1937年夏抗日戰爭前夕,黃文熙接受中央大學的邀聘,毅然回國。由於中央大學已內遷,他先後在杭州浙江水利局和西安東北大學短暫工作,1937年冬幾經輾轉到達重慶。此後他在中央大學水利系擔任教授、系主任,併兼任水利部水利講座、中央水利實驗處特約研究員、土工實驗室主任等職。

抗日戰爭勝利後,隨校遷返南京。在40年代,他不顧身患肺結核病,堅持教學和科研工作,發表了《擋土牆土壓力研究》、《水工建築物的土壤地基的沉降量與地基中應力分布》等論文,多次受到當時水利部的嘉獎。

1949年中央大學更名南京大學後,任南京大學工學院水利工程系教授。1952年院系調整後,先後在南京工學院、華東水利學院任教。1952至1956在河海大學任教授並創立河海大學岩土工程研究所,同時擔任水利部南京水利實驗處處長,為建國初期我國的水利水電建設做了大量的工作。

1955年選聘為中國科學院院士(學部委員)。

黃文熙[中國科學院院士] 黃文熙[中國科學院院士]

1956年起,黃文熙調任清華大學教授併兼任水利部水利科學研究院副院長。1958年水利科學研究院改組為水利部、電力部所屬的水利水電科學研究院,他在清華大學執教的同時,仍兼任該院副院長,負責全院的學術領導工作。

在文化大革命中,他曾被隔離審查,但仍關心國際上土力學的發展,為土的本構關係的研究做了大量的準備工作。

1978年,他以古稀之年出任清華大學水利系土力學教研組主任,創出了一批高水平的科研成果,培養了一批高質量的碩士生和博士生。 同時兼任水利水電科學研究院和南京水利科學研究院顧問。他親自為年輕教師和研究生講授高等土力學課程,選派教師、研究生出國學習、進修,籌劃試驗室的現代化建設,確定科研方向和課題,並給以具體指導。他帶出了一支有良好學風的教學、科研隊伍,培養了一批高質量的碩士和博士生,取得許多優秀的科研成果。

成就及榮譽

在結構工程方面成就傑出

1931—1933年,黃文熙在上海慎昌洋行建築部任結構設計員,參加了幾座建築物的結構設計。在設計一座17層剛架結構時,他創造了設計這種框架結構的“框架力矩直接分配法”,深得當時建築部主任的讚賞。用這種方法進行力矩分配,計算工作量也比克勞斯的力矩分配法少。其論文載於1934年10月1日出版的《工程》雜誌第9卷第5號,這比其他學者就同一課題在國外發表的論文早兩個月。

1935年,他著手研究拱壩結構分析的新方法——格柵法,經多年的艱苦工作才告完成。此法是把拱壩(或殼體)當成由許多水平拱段和垂直梁段所組成的格柵,它們都剛性地連線在格柵的結點上。這種將結構離散化的方法,實開目前廣泛套用的有限元法的先河。與三向彈性理論、薄殼理論和試荷載法比較,它能考慮各種主要影響因素和邊界條件,適用於電子計算機求解,也可用於研究各向異性的板殼和對板殼的動力反應分析。反應這一成果的博士論文《格柵法在拱壩、殼體和平板分析中的套用》完成後,受到導師和答辯委員會的極力讚譽。

新中國水利水電科研工作的開拓者

中華人民共和國成立以後,黃文熙除在一些大學水利專業任教外,還擔任南京水利實驗處處長,負責這一國內成立最早、有一定規模的水利水電科研機構的工作。他積極籌劃,使其進一步充實和發展,開創了泥沙、潮浪、結構材料等新的研究領域。承擔了治黃、治淮、華東地區水電工程等試驗研究任務,解決了大量的實際工程問題。研製了許多水工、土工試驗儀器,編制了試驗手冊,培訓試驗技術人員,開設了三期水工試驗學習班。上述工作使南京水利實驗處成為當時全國規劃最大、水平最高的水利水電科研機構,為新中國早期的水利水電建設做出了極大的貢獻。

1956年以後,黃文熙就任水利科學研究院副院長,擔任學術領導工作直到文化大革命,經過10年的辛苦努力,水利科學院已擁有9個研究室、所及完整的技術後勤系統,具備了擔任各種重大水利水電科研課題的能力,研製出了一批高質量的科研成果,解決了大量的水利水電工程中的疑難問題,這使其在國內外均居重要的地位。黃文熙本人也結合工程實踐提出了許多帶有創造性的研究成果。

黃文熙不僅是一個在岩土力學和結構理論方面有突出成就的學者,也是一個思想敏銳、經驗豐富的工程師和解決實際工程問題的能手。他參加了一大批閘、土石壩、混凝土壩及地基方面的研究和諮詢工作。根據我國的實際情況,他引進和推廣了許多先進技術,如砂井預壓法加固軟土地基,用反濾法和減壓井防止滲透破壞,用補償基礎原理建造不用樁基的水閘,用就地澆築混凝土防滲牆阻止砂礫地基的地下滲漏等。結合我國水中填土壩和水墜壩的大量興建,他對壩體填土的特性、壩體孔隙水壓力的估算及施工特點,從理論和試驗上予以分析驗證,豐富和推廣了這一具有中國特色的築壩技術。他也積極參與了黃、淮、海和大西南、三峽等國家重大工程的諮詢工作。

我國土力學學科的奠基人

1925年,太沙基(Terzaghi)出版了他的《土力學》一書,土力學形成為一門技術科學。早在美國留學期間,黃文熙就對當時尚屬新興學科的土力學敏感地給予了密切的關注。歸國後,他在國內第一個開設土力學課程,建立了國內大學中的第一個土工實驗室。

中華人民共和國成立後,在他擔任南京水利實驗處處長期間,他組織研製了不少土質勘探設備和土工試驗儀器,組織編寫了《土工試驗手冊》和現場標準貫入、觸探、取樣等講義和資料,開辦了四期土工試驗學習班,為新中國的土工試驗工作開拓了道路。他在北京任水利水電科學研究院副院長期間,還兼任土工研究所所長,對土工研究工作傾注了大量的心血。

黃文熙是我國土力學學科的奠基人。幾十年來,他始終站在這一學科的最前沿,在不同的研究課題方面都做出了高水平的研究成果。

1942一1957年,他創建了地基沉降與地基中應力分布新的計算方法。通用的分層總和法計算地基沉降時,假設地基土不發生側向變形,這顯然不符合實際情況。而有些考慮地基土側向變形的計算方法需要計算兩個水平正應力和確定土的泊松比,使計算複雜而困難。他建議用三個正應力之和來進行計算,這既考慮了地基土的側向變形,也簡化了計算和減少了編制計算圖表的工作量。他還建議用三軸壓縮儀進行試驗,研究土的彈性模量及泊松比與土體的應力值及其比例間的函式關係,這是70年代國際上所流行的應力路線法的先驅。

飽和松砂土在地震、爆破和其他動力作用下引起的液化對建築物危害極大,因而,砂土液化的機理、鑑定和防滲是許多學者致力研究的對象。但直到50年代中期,一般仍用裝砂圓筒在振動台上作試驗,用以研究地基的液化問題。這在理論上有缺陷,不能用以進行動力分析。黃文熙建議用振動三軸儀進行砂土的動力特性試驗,測定了不同應力狀態下,由不同振動強度引起的主應力的變值的作用下,不排水條件和不同密度試樣的孔隙水壓力u的變化規律和絕對值。他首先提出用有效應力原理闡述液化機理,即用上述試驗成果,確定一定條件下砂基或砂坡中任何一點可能產生的最大孔隙水壓力,並據此用有效應力法進行動力穩定分析。這一研究成果受到國際同行專家的極大重視。他所創議的振動三軸儀及其試驗方法,已為國內外廣泛採用,並已成為常規的動力試驗手段。

70年代,他注意到電子計算機和有限元法的發展,必然要求建立能較全面真實地反映土的應力應變關係的數學模型。針對當時已經建立的土的彈塑性模型對屈服面和硬化參數人為假設過多的缺點,他提出了從試驗資料直接確定土的彈塑性模型的理論。他所領導的清華大學研究組經過10年艱苦工作,建立了“清華彈塑性模型”,做了大量的驗證工作,也用於實際工程的計算分析,受到國內外同行的推崇。這一科研成果獲得了國家自然科學三等獎。

在他年過80以後,還發表了論文《土壩的彈塑性應力簡捷法》,對飽和土體承載後發生的起始孔隙水壓力、瞬時變形和最終變形的計算方法提出了新建議。

80年代以來,隨著土的本構關係和土工計算的發展,他看到各種模型試驗,尤其是土工模型試驗對於驗證理論和計算及模擬實際工程的重要作用,看到我國與世界先進國家間在水工模型試驗方面的巨大差距,於1984年親自率團到西歐、日本、美國考察。歸國後他又多方奔走呼籲,終於在我國建立了不同規模的土工離心模型試驗裝置,這對我國岩土工程的發展必將起到巨大的推動作用。

另外,他還組織專人進行滲水力模型試驗,支持對旁壓儀試驗的理論研究,大力開展水力劈裂試驗和機理研究,對土工合成材料的套用和研究工作寄以極大的熱忱,力促土工合成材料在水利工程中的套用。這些項目有的在國外尚處於摸索階段,有的具有巨大的工程意義和潛力。

培養了大量的水利水電科學技術人才

黃文熙從事教育事業半個多世紀,做到了既教書又育人。向學生們傳授了許多寶貴的知識,也以自身的表率作用給他們以良好的啟迪。

他工作勤奮,效率極高。他常常每日工作14小時以上。他的廣博精深的知識和解決困難問題的能力都是從勤奮而來。在任教時,每次講課他都要花很多精力認真備課。在他年逾古稀時,仍親自給學生、青年教師和研究生講授結構力學和高等土力學,其中繁難的數學公式,全憑記憶在黑板上行雲流水般推導下來,令弟子們嘆為觀止。在他年過80以後,仍每日處理大量的文稿,一如既往,準確迅速。撰寫論文時,公式的推導、插圖繪製和文獻檢索均親自動手。

他提倡啟發式的教育,強調培養學生的自學能力。他一貫主張學生的基礎理論和基本工程技能訓練並重,強調試驗在土力學教學和研究生培養中的地位。他要求他的研究生閱讀大量的文獻和儘可能多做試驗。他主張從有實際工程經驗的技術人員中招收工科研究生,主張從實際工程中的迫切問題中選科研題。

他治學嚴謹,對論文和報告審查極嚴,修改很細。要求對理論推導反覆校核,試驗結果必須有多次重複試驗。他的研究生在論文工作中的試驗常在百組以上。

他善於發現和培養人才,不遺餘力地提攜後進。在他工作的單位,他都注意組織和培養一支多層次的過硬的隊伍。在文化大革命後百廢待興時,他以古稀之年出任清華大學土力學教研組主任。他調整科研項目,確定科研方向,組織和調配人員,選派教師和研究生出國學習,培養了一批高水平的碩士和博士。

他執教50多年,大江南北,國內海外,桃李滿天下。他的學生有的成了學部委員、博士生導師、知名學者和專家。還培養了大批的工程技術方面的骨幹人才,活躍在我國水利水電戰線和其他行業。

他主編有《土的工程性質》,並於1984年出版了《水工建設中的結構力學與岩土力學問題,黃文熙論 [文選集》。
黃文熙為我國的水利水電教育事業做出了巨大的貢獻,成為幾代水利水電工程技術人員的表率的楷模。

1955年,黃文熙參加了中國共產黨,曾當選為江蘇省第一屆人大代表,全國第三屆人大代表,全國第二、三屆政協委員,北京市第五、六屆政協委員,1955年當選為中國科學院學部委員(現為中國科學院院士)。1956年他參加制定了我國第一個長期的科學技術發展規劃,即《1956至1967年全國科學技術發展遠景規劃》的工作。先後擔任過中國水利學會副理事長、名譽理事,岩土力學專業委員會主任,中國水力發電工程學會副理事長,中國土木工程學會榮譽會員,中國力學學會理事,中國土力學及基礎工程學會理事長、名譽理事等。他還擔任過《水利學報》、《岩土工程學報》編委會主任,《中國科學》、《清華大學學報》編委等職。他還積極參加國內外的學術活動,曾赴西歐、日本、美國進行學術考察,多次參加國際學術會議,發表學術論文,進行學術交流,是國際知名的專家。

1955年,黃文熙參加中國共產黨,曾當選為第三屆全國人民代表大會代表,第二、三屆全國政協委員。1956年,被]選為中國科學院技術科學部委員。先後擔任過中國水利學會副理事長、名譽理事,併兼任所屬的岩土力學專業委員會主任,中國水力發電工程學會副理事長,中國土木工程學會榮譽會員,中國力學學會名譽理事,中國土力學及基礎工程學會理事長、名譽理事。他 還擔任過《水利學報》編委會主任,《岩土工程 學報》編委會主]任。他積極參加國內外學術活動,曾率團或參加赴西歐、日本和美國考察,多次參加國際學術會議,並為之撰寫論文。

主要論著

1 黃文熙.框架用駢堅量解析法.工程,1934,9(5).

2 黃文熙.水工建築物土壤地基的沉降量與地基中的應力分布.工程,1942,(15)5.7 黃文熙主編.土的工程性質.北京:水利電力出版社,1983.

3 黃文熙.拱壩、殼體及平板的結構分析.水利學報,北京:水利出版社,1962,5(5).

4黃文熙.水工建設中的結構力學與岩石力學問題.黃文熙論文選集,北京:水利電力出版社,1984.

5黃文熙.土壩彈塑性應力分析簡捷法.岩土工程學報,1989,11 (6):1~8.

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