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中国华侨历史博物馆庆祝中国共产党成立100周年征文比赛系列征文之三十六
2021年07月30日09:45  来源:中国侨联

志在振兴中华——归侨科学家陈宗基

刘慧

今年是中国共产党成立100周年。回望百年航程,海外侨胞作为中华民族大家庭的一员,在历史进程中选择了中国共产党、选择了新中国。他们追随中国共产党,风雨同舟,前赴后继。新中国成立后,大量海外侨胞毅然放弃国外优越的生活条件,怀着拳拳报国之心,冲破重重阻力回国,或振兴科研,或投资建厂,或兴学助教……据统计,新中国成立后的最初五年间,各行各业的华侨华人归国者近十八万人。他们工作在祖国各条战线上,与国内同胞一道,为恢复和发展国民经济贡献力量。本文拟结合本馆馆藏,重点介绍其中一位响应周恩来总理号召于1955年回国的国际著名岩石力学和地球动力学专家、我国岩石力学与工程学科的奠基人、中国岩石力学与工程学会首任理事长、中国科学院院士陈宗基先生。

陈宗基,1922年生于印度尼西亚爪哇岛苏加巫眉镇,祖籍福建安溪。早在学生时代,陈宗基先生就时刻关心祖国的发展。抗日战争时间,他经常捧着小铁盒参加在印尼华侨中的募捐活动,以自己微薄的力量支援祖国抗战。1940年至1942年间,陈宗基曾在印尼万隆工学院水利系学习,后因日本侵略者占领印尼,只能辍学在家。后出于对黄河泛滥成灾的忧虑,他决定继续求学并立志到荷兰德尔夫特科技大学(Delft)攻读水利工程系,以便学成后报效祖国。经过刻苦学习,陈宗基3年就读完了5年的课程。1954年,他获得优秀技术科学博士学位后,联合国科教文组织和美国、荷兰、印尼等国家曾以高薪相聘,但他毫不动摇,决心响应周恩来总理号召,回国参加社会主义建设。在荷兰留学期间,陈宗基还参加了一个华人学生组织,后来成为该组织领导之一。他与其他华侨留学生一道,通过经常性的活动,激发当地华侨爱国热忱,积极动员其他华侨学生回国参加建设。他深信,只有中国共产党才能领导全国人民把祖国建设好,实现华侨世世代代的理想。

1955年,陈宗基回到中国,先在哈尔滨中国科学院土木建筑研究所工作。当时研究所生活条件十分艰苦,而且陈宗基刚到哈尔滨就遇上了零下45℃的严寒天气,这对于从小习惯了东南亚热带气候的他来说,无异于严峻考验。没多久,陈宗基便感染上了肺炎。他身在病房中,心在研究所,不等病情彻底好转,就急不可待地出院工作。经过艰苦不懈的努力,他建立起了新中国第一个土流变学和土动力学研究室。

1958年,国家决定开发长江水利资源,兴建三峡工程。陈宗基先生知道后,激动不已,认为这是施展才能报效祖国的好机会,便主动提出了若干意见和建议上报国家科委。随后,国家科委决定成立三峡岩基研究组,挂靠在长江流域规划办公室(简称“长办”),陈宗基被任命为科技组长。于是他又举家从冬天滴水成冰的哈尔滨搬到了夏天酷热难当的武汉市。“长办”的领导得悉陈宗基即将到来,十分高兴,特意为他安排了宾馆,配备了专车,但都被他婉言谢绝。他认为自己从海外归来,应该尽量和群众打成一片,不需要特殊的生活待遇。在他的再三要求下,“长办”只好在附近为他提供了两间简易住房。安家后,陈宗基便立即率领大家日以继夜地投入紧张的战斗,很快取得了一系列高水平的试验研究成果,不但有力地推动了三峡岩基研究的进展,也为新中国培养了一大批科技骨干力量。

岩土流变学是流变学的一个重要分支。流变学出现在20世纪30年代。1929年,美国在宾厄姆(E.C.Bingham)教授倡议下,创建流变学会。流变学广泛应用于各种工业材料,如橡胶、塑料、金属等;各种地质材料,如岩石、土、石油、矿物等;以及各种生物材料,如血液、肌肉、骨骼等。1939年,荷兰皇家科学院成立了以伯格斯(J.M.Burgers)教授为首的流变研究小组。当时,荷兰的流变学处于世界领先地位。在岩土流变学研究方面,陈宗基先生提出的一系列创造性研究成果,得到国际流变学界的广泛承认。

1948年,陈宗基在德尔夫特科技大学学习期间,就对荷兰沃拉格曼斯(Wlaggemans)大桥桩基竣工两年后即发生破坏的原因进行了分析。当时工程界普遍认为这是由孔隙压力造成的,但陈宗基认为土中的空隙压力会随时间延长逐渐消失,而在剪应力作用下的变形却会随时间延长而增加,从而提出在土力学理论中必须考虑土的流变特性和三向应力、大变形这一新概念。为了发展这一新概念,荷兰德尔夫特科技大学曾专门拨给他经费从事研究。后来,德尔夫特土力学研究所又聘请他到该所进一步开展有关研究工作。1952-1954年,他在荷兰皇家科学院著名物理学家、力学家波格斯教授指导下,引进近代流变学、塑性力学和胶体化学原理,系统地进行了土流变的实验研究和理论探索,在国际上最早创立了土流变学,为土力学开创了一个新的研究途径。1954年,他在荷兰因研究土流变学卓有成就,获得了德尔夫特科技大学褒奖。1955年回国后,陈宗基对中国黄土和沿海软土进行了大量持续性实验研究,进一步发展和丰富了土流变学,对中国黄土结构及其特殊的力学性质提出了微观流变的基本原理,并研制出新的实验仪器。他因此于1978年在全国第一次科学大会上获得土流变学研究奖。

陈宗基还通过对粘土的试验研究,分别于1954年和1957年在国际上最早提出 “粘土结构力学”新学说,用以阐明土的流变和破坏特性。1959年,他的这一学说被挪威物理化学家罗森维斯特通过电子显微镜的观察所证实,并且被编入国外教科书。陈宗基提出该学说,是因为他发现粘土存在着三个变形阶段和三个屈服值(f1,f2,f3),其中,关于第三屈服值f3或称为最高屈服值的概念,对于工程的长期稳定性具有重要意义。他于1961年建议在工程设计中采用第三屈服值f3进行稳定计算。这一观点,在国际土力学与基础工程学会大会及国际理论与应用力学学会流变力学和土力学大会上,得到普遍重视。这个屈服值已被称为“陈氏屈服值”。陈宗基还对动荷载作用下土的流变特性进行了探索,并于1958年在国际上首先研制出电动式和机械式两种土动力三轴仪。陈宗基在土流变学方面共撰写了70多篇论文,这些论文被荷兰、法国、瑞典、葡萄牙、前苏联、日本、波兰、前南斯拉夫及美国等学者广为参考和引用。他在土流变学方面的研究方法和研究成果也被应用于软弱岩体及坚硬岩体中的软弱结构面。

图1 陈宗基荣获中国科学院科技进步一等奖

在岩石流变方面,陈宗基率先于1959年在长江三峡水利枢纽现场的平洞围岩中进行了流变试验,当时国际上只有少数人注意到这个问题。1961年,他将岩体流变理论推广到各向异性岩体。1965年,他根据对节理岩层的试验研究,从理论上解答了层状岩体中隧洞围岩应力分布的问题,提出了围岩应力随时间而转动和由于岩体流变回弹,衬砌所受压力随时间而增加这两个概念,并指出当时普遍采用的普氏理论有不合理性。20世纪70年代,他又从岩石微观结构研究出发,结合岩体的成因和历史,提出岩体内应力的来源与释放学说,指出天然岩体必须存在位错、裂隙和地应力,从而导致岩体具有流变特性。他还根据实验观察与理论分析,提出岩石扩容的本构方程,于1979年发表了论文《岩石封闭应力、蠕变、扩容及本构方程》。1981年他根据对长江葛洲坝水利枢纽地基泥化夹层的研究,写出论文《泥化夹层的剪应力松弛和蠕变性质及其在坝工设计中的重要性》,在日本东京国际软岩学术会议上发表。1983年,他进一步发展了流变扩容理论,在第五届澳大利亚墨尔本国际岩石力学大会上发表了论文《在岩石破坏和地震之前与时间有关的扩容》,并用流变学的观点阐释了膨胀岩的变形机理。1984年陈宗基在比利时皇家科学、文学与艺术院作了题为《岩土的第三屈服值及其在工程上的重要性》学术报告,受到高度评价。同年,他被聘为比利时皇家科学、文学与艺术院院士,1986年被比利时国王授予“利奥波德二世(LeopoldⅡ)一级骑士”称号,并授予勋章和荣誉证书。1988年,陈宗基从流变学的原理出发,对新奥法(NATM)隧道施工进行了创造性的研究,重点涉及围岩蠕变、扩容和构造应力等问题。根据他提出的本构方程,有关方面对该隧道工程进行了围岩稳定有限元分析,并在此基础上,对隧洞围岩加固措施提出了具体建议。1989年陈宗基发表了论文《用8000kN多功能三轴仪测量脆性岩石的扩容、蠕变和松弛》,全面地描述了新型8000kN伺服控制多功能三轴仪,系统地介绍了岩石在脆性范围内确定扩容参数的新方法,分析了与时间有关的扩容过程。

图2 陈宗基荣获中国科学院科技进步三等奖

唐山大地震发生以后,陈宗基先生心急如焚。为了减轻余震损害及次生灾害,他于1977年在中国科学院地球物理研究所开创了地球动力学这一新学科的研究。他亲自指导筹建了地学高温高压实验室,研制出一套具有国际先进水平的高温高压实验仪器设备,其中最大的一套被公认是当时国际上最先进的。这些仪器设备为研究地震预报、成矿机制等重大课题奠定了基础。在此基础上,他对唐山大地震的机制、喜马拉雅山造山运动和青藏高原的隆起原因作了进一步研究。1979年,他的论文《唐山大地震的物理流变模式》在澳大利亚召开的国际大地测量与地球物理联合会议上发表。1980年,他的论文《喜马拉雅山造山运动和青藏高原隆起的热流变过程》在北京召开的青藏高原国际讨论会上发表。1982-1984年,他先后发表了《关于中国板块动力学》、《关于某些类型地震带的正交性》、《中国华北地区地震图像及其分析》等论文,得到广泛认可。

图3 陈宗基常用的地球仪

作为中国科技界的杰出代表,陈宗基从20世纪50年代开始,就在国际交流中崭露头角。他先后两次被聘为国际土力学与基础工程学会(ISSMFE)学术委员,参加过国际理论与应用力学联合会(IUTAM)、国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)、国际岩石力学学会(ISRM)的等学术组织的重要会议。他还曾在国际岩石力学学会中担任副主席兼中国组主席。1981年,他任国际岩石圈委员会(ICL)委员,并曾担任《国际岩石力学与采矿科学学报》编委、《岩石与岩石工程》国际学报顾问委员会顾问、国际岩石力学学会膨胀委员会委员、国际土力学与基础工程学会本构方程委员会委员等职。1985年和1986年,陈宗基受国际岩石圈委员会及国际岩石力学学会的委托,分别于在中国组织召开两次国际学术讨论会,同时担任大会主席。他还曾应邀赴美国、日本、法国、荷兰、比利时等多国讲学。在国际科技交流与合作活动中,陈宗基能流利地运用英、法、德、荷、印尼五国语言进行交流,为中国在相关学科领域赢得了很高的声誉。

图4 陈宗基于1980年当选为中国科学院院士

除了“陈氏屈服值”,“粘土结构力学”,“土的三向固结流变理论”和“岩石流变、松弛、扩容”等创新性成果受到国内外业界广泛认可外,陈宗基的《流变学》、《岩土的第三屈服值及其在工程上的重要性》、《喜马拉雅造山运动和青藏高原隆起的热流变过程》等著作,在国际上也很有影响。他把理论研究成功地应用于中国几十个重要工程,参与并指导了三峡工程、葛洲坝工程、二滩水电站、南京长江大桥、麦积山石窟国家重点文物保护工程、镍都金川地下工程、抚顺西露天矿边坡工程、国防工程及攀西裂谷矿产资源、福建地热资源开发等重大项目,并做出重要贡献。他还建立了国际上一流的土流变学、岩石流变学和岩石高温高压实验室,研制出40余种先进的仪器设备。

图5 陈宗基在葛洲坝现场实地考察

图6 陈宗基为保护古文物视察现场黑白照

在专注于科学研究之余,陈宗基先生还是一位积极的社会活动家,曾当选第二、三、四、五、六、七届全国人大代表,担任六、七届全国人大常委及华侨事务委员会副主任及第二、三、四届中国侨联副主席。

图7 陈宗基的第二届全国人民代表大会代表当选证书

陈宗基因经常带病坚持工作,终致积劳成疾,不幸于1991年9月在上海病世,终年69岁。他的逝世是中国科技界的重大损失,也是侨界的重大损失。

陈宗基先生是一位赤诚的爱国者,“志在振兴中华”是他毕生的信念。后人也并没有忘记他为国家、为科研所做的一切。2006年,中国岩石力学与工程学会、《岩石力学与工程学报》专门设立“陈宗基讲座”,旨在全面展示和系统回顾我国岩石力学理论研究和工程实践的相关成果,将陈宗基先生未竟事业发扬光大。2013年,武汉岩土所与武汉理工大学联合开设的“陈宗基岩土工程菁英班”,同样是为了纪念陈宗基先生,旨在传承岩土力学与工程学科优良传统,弘扬岩土力学与工程学科善于攻坚的优良作风,在岩土工程本科菁英的培养方面进一步促进科研与教学互动、科研与人才培养的相结合。

如今,在中国共产党的领导下,在一代又一代海内外中华儿女的共同努力下,中华民族已盛世如愿,走向伟大复兴的新征程。作为一名文博工作者,曾有幸经手陈宗基先生的遗物入藏我馆。在庆祝中国共产党百年华诞之际,睹物思人,更感身为年轻后进,当追随着先辈们的足迹,在中国共产党引领的新征程中奋发有为!

(作者系中国华侨历史博物馆办公室七级职员)

(责编:刘琼、王燕华)
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