开启环境岩土研究之窗

来源 :科学中国人 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maggage881112
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  土地是万物之母。诗人眼中的土地是有生命的,胡黎明对这片土地更是充满了深深的忧思。近年,随着工业化、城市化规模的扩大,环境污染日趋严重,土地却成为污染传递的集中区域。因此,消除污染、修复环境成为时代所需。
  “岩土工程学科不仅要解决工程建设问题,还应与当今环境发展问题相结合,修复环境、减轻污染,这是学科发展的长久之计。”胡黎明告诉记者,自己目前的研究视线聚焦于环境岩土工程问题。
  清华启航
  从工程建设到环境修复
  与清华结缘,纯粹理想使然。“我从小就很向往清华”,怀揣着对清华大学的向往,胡黎明通过勤奋努力,在1990年如愿就读清华大学水利水电工程系。直到2000年,他用10年时间收获了水工建筑与环境工程双学士学位,岩土工程硕士、博士学位。土木、水利与环境的多学科背景也为他今后的环境岩土工程研究打下了坚实基础。2002年,在香港科技大学土木工程系完成博士后研究工作之后,他回归清华校园,从此开始了案头科研、讲台执鞭的教学与科研生涯。
  土是由地球表层岩石经历物理、化学、生物风化作用以及搬运、沉积作用在自然环境中所形成的碎散性堆积物。与“土”打交道多年,他对这位“老伙计”感情深厚。“粘土、砂子、碎石等,我们都称作土”,胡黎明这样解释自己的研究对象。小时候,他对司空见惯的“土”就有着莫名兴趣。清华岩土工程专业领域学习熏陶,为他打开了一片崭新的土世界。
  1995年开始攻读博士学位的胡黎明认识到建筑结构与土体间接触面力学特性的重要性,在导师的指导下,全面展开了相关领域研究资料的收集与分析工作。之后,胡黎明系统开展了土与结构物接触面力学特性的试验研究、理论分析与数值模拟工作。
  上世纪90年代,中国的实验室条件异常简陋,需要从基础的实验设备设计开始。当时数码照相技术刚刚兴起,胡黎明与导师一道,提出宏微观观测相结合的试验方法,结合数字图像分析接触面附近土颗粒运动特征和应变局部化规律。在试验基础上提出接触面临界相对粗糙度的概念,并发展接触面本构模型、开发数值模拟软件分析土与结构相互作用,广泛应用于水利、土木、交通等领域,创造了科研与社会双重价值。
  近年,随着水利学、环境科学等交叉学科的快速发展,土力学领域新的研究热点也随之出现。“传统土力学研究多着眼于岩土工程的工程力学特性,但土环境中存在各种物质和相互作用,是一个多场耦合的复杂系统”。针对国家可持续发展与环境修复的重大需求,胡黎明瞄准土壤污染和地下水修复问题开展研究,力促基础理论发展和技术升级变革。他把“污染场地修复技术”作为研究重点,集中到“土颗粒-孔隙流体-环境物质相互作用”这一科学问题上,探求土壤污染机理,开发修复技术从而消除污染,开启了环境岩土工程的科研征程。经过十余年的努力,胡黎明带领的研究团队开展了物理模型试验、数值模拟分析等研究工作,并成功研发多项污染场地修复技术,应用于工程实践。
  由此,在他眼里与“土”有关的研究点并非只有“力学”这一特征,而是转变成一个环境生态系统的动态研究。
  投身科研
  实践应用与基础理论并重
  得益于国家对科技工作的重视和清华大学宽松自由的科研环境,胡黎明的科研工作进展相当顺利。
  在博士论文研究的基础上,胡黎明带领研究生深入开展土与结构接触面研究,开发了系列物理模型试验装置和测试技术,完善理论和数值计算模型。同时成功研制基于压电陶瓷弯曲单元的新型无损测试系统,用于实时快速测定土体力学参数,实现了设备的轻型化和自动化,获得国家发明专利授权。研究成果在土石坝工程、海洋岩土工程和尾矿坝工程中得到广泛的实践应用。
  电渗加固技术对于软弱岩土材料的脱水固结具有快速高效的特点,在地基处理、污染土修复等方面具有独特优势。胡黎明指导研究生自主研发软土电渗固结与电动力学修复系列物理模型试验系统,通过大量试验探求电渗过程中土体物理力学电学特性参数变化规律,在国际上首次提出多场耦合的非线性电渗固结理论。研究成果在岩土领域国际顶级期刊发表系列论文,并应邀在2013年黄文熙讲座学术报告会做大会报告。
  从博士后研究工作开始,胡黎明踏入了刚刚兴起的环境岩土工程研究领域。他在中国大陆率先开展污染物运移与场地修复的离心模型试验工作,研制自动控制和样品采集的模型试验设备,开发测试污染物浓度时空变化的实时图像采集分析系统,发展多相渗流过程的离心模型相似准则。把工程实际的场景“搬”到实验室,通过系统的模型试验研究,揭示了地下系统中污染物运移过程和原位修复的物理机理。
  微纳米气泡是近年来兴起的新型技术,气泡粒径小、内压大、气体传质效果好,可以大幅提高水体中的气体溶解量。胡黎明看到了该技术在污染地下水修复领域的应用潜力,带领学生开展科研攻关,开发试验系统观测到微纳米气泡的运动特征,探究微纳米气泡在多孔介质中的输移特性和增效修复机理。经过多年的研究,提出具有自主知识产权的微纳米气泡增效原位修复创新技术,获得授权国家发明专利2项,并获国际PCT发明专利。
  “宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来”。科研生涯的奋斗终于迎来了收获的季节。2013年,胡黎明作为主要完成人之一的“大型结构与土体接触面力学试验系统研制及应用”项目获得国家技术发明奖一等奖。胡黎明领导的“土壤地下水污染处理及场地生态修复的环境岩土工程技术与应用”研究获得了2014年湖北省科技进步奖二等奖。
  技术创新是工程研究的核心。然而,在技术创新之外,胡黎明逐渐意识到基础理论研究的重要性。土体是一个复杂系统,颗粒与孔隙流体、环境物质存在强烈的相互作用,对土体的环境生态功能至关重要,对渗流与力学特性也有显著影响,而其微观过程的研究并没有得到充分重视。基于此,胡黎明开展了岩土材料微观特性测试工作,采用环境扫描电镜(ESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段测试土体孔隙结构特征、颗粒微观结构和矿物成分,分析土颗粒表面双电层特征,探讨土体在复杂多场相互作用条件下的材料特性及其时空变化规律。基于不同类型岩土材料的孔隙结构特征,建立孔隙空间网络理论模型,在孔隙尺度反映多相渗流和物质运移传质过程,并应用于污染地下水原位修复过程的模拟分析。这项研究工作获得2012年美国土木工程师学会环境与水资源分会理论类最佳论文奖。   诚然,基础理论研究与工程实践应用还是有一定的差距,但他相信通过多学科交叉协作,一定可以认识和把握岩土工程实践中的共性基础科学问题。目前,胡黎明正尝试将孔隙网络模型推广至新兴的能源岩土、海洋岩土、环境岩土等领域,初步的研究成果已经发表于《自然》出版集团的在线期刊。
  峥嵘岁月20年,他由初入科研大门的青年学生成长为独挡一面的科研将才。凭借科研领域中的卓越贡献,2014年胡黎明获得清华大学青年教师最高学术荣誉——“学术新人奖”。
  教书育人
  由学术新星到资深导师
  执教十余年来,未离开过他喜爱的科学研究,也从未离开他热衷的教育工作。胡黎明担任国家级精品课程《土力学》的主讲教师,还结合自己的研究工作为研究生开设《环境岩土工程》课程。在教学过程中关注学科研究前沿和发展趋势,同时注重现代教育技术手段的应用,主持开发多门网络多媒体课程,在全国范围均有较大影响。胡黎明设立数十项清华大学学生研究训练(SRT)项目,培养本科生的研究兴趣,指引他们踏入科研之门。
  谈及对研究生的培养,他自成一套“胡氏教育”方法。
  “我对他们要求很严格”,他认为自己是个“很严厉”的导师。每招收一名学生,他都会跟每个人深谈,了解他们的性格特点和工作能力,由此大致判断每个学生的未来发展方向,给他们的事业规划提供建议。“根据他们的研究兴趣抑或事业发展来确立科研课题”,这是“因材施教”。在他的学生眼里,作为导师的胡黎明“很有权威”,但胡黎明表示,“在学术科研面前,我们可以平等讨论”,“我非常喜欢能够质疑我的学生”,撇开师生关系,在科研工作中,胡黎明始终认为大家是一个团队。
  在研究生基本科研素质培养方面,胡黎明对学生特别严厉。“我会要求他们先熟练掌握岩土工程研究的基本试验技能”,“必须有足够扎实的理论知识,才能在后期的研究过程中取得创新性成果”。这也是胡黎明多年海外游学做科研的心得,“在国外,无论是欧美还是日本,研究人员的基础知识功底普遍非常扎实,动手能力很强”。
  当然,合作再默契的团队也有遇到困难的时候。“科研怎么会没有困难?科研就是为了解决困难、发现新知识”,面对学生的苦恼,胡黎明这样教导。作为一名岩土工程学科的博士生导师,他的涉猎范围却不局限于此,环境、水利、材料、化学、生物等各个学科领域前沿的科研“工具”他都有兴趣。“科研思想是共通的,可以尝试用其它学科的研究工具来处理我们面对的科研难题”,胡黎明认为,在他们团队目前的实验研究中,利用很多其它领域新兴的测试手段,“效果还不错”。
  所谓严师出高徒。迄今为止,胡黎明指导的15名硕士研究生,均以优异成绩毕业。指导的6名博士研究生,2名已经毕业。他们曾4人次获得国家奖学金,以及北京市优秀毕业生、清华大学优秀博士毕业生称号。“我的学生对科研拥有极大的热情”。桃李不言,下自成蹊。谈起这些得意门生,胡黎明流露出自豪。
  任重道远
  教学科研与学科建设同在
  目前,胡黎明承担着繁重的教学与科研工作,他笑称“忙并快乐着”。“教师的首要职责是教书育人”,他每年承担3门课程近百学时的教学工作,指导十余名研究生和本科生。目前胡黎明正在主持3项国家自然科学基金项目,还承担1项“973”的科研项目,“现在是满负荷运转”。胡黎明还担任清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室环境岩土与地下水修复研究中心主任,时刻坚守在学术前沿与学科建设第一线。肩头的担子日益加重,可在他看来,那是一种动力。
  胡黎明认为国际学术交流是科研工作不可或缺的重要一环。站在国际的前沿方能看到自身的位置,为此,他积极推动国际间合作交流。早在2004年,胡黎明就成功申请到欧盟“Asia-Link”大型国际合作项目,作为总负责人领导清华大学和欧洲两所高校开展环境岩土工程领域的学术交流与科研合作工作。
  Asia-Link项目由欧盟资助,面向欧亚各国在所有自然科学和社会科学领域招标43项,胡黎明有幸成为中国领导的7个项目之一的负责人。借助参与国际学术合作项目的经验与自身影响力,通过教师互访、学生交换、合作研究和课程建设等学术活动,成功建立了国际学术交流平台,提升了国际学术交流能力。游历过欧洲、北美、日本等多个国家地区的胡黎明,对国外的科研工作甚为熟悉。“国内的研究水平并不低,我们是团队作战”,他认为,“但我们的思想还需要再开放一些”,一谈及科研话题,胡黎明总是很兴奋。
  胡黎明担任中国土木工程学会土力学及岩土工程分会的青年工作委员会主任,数次组织多种形式的学术交流活动,为推动学术繁荣殚精竭虑。2009年至2011年间,他还担任国家自然科学基金委《水利科学与海洋工程学科“十二五”发展战略规划》研究工作组学术秘书;2011年以来一直担任中国科学院与国家自然科学基金委员会《中国学科发展战略-水利科学与工程》专家组学术秘书;参与两部著作的出版工作。
  用成果彰显科技力量,用笔纸引导科研脚步。让人类感受到科技带来的社会改变,是科研工作者的使命。解决当前岩土污染问题,为人类打造一个更加洁净的生存环境,也正是胡黎明这样的科研工作者孜孜以求的科研命题。
其他文献
他是地道的山东人,生于斯,长于斯,透着山东汉子的质朴和厚道。海外十年,他乡音未改,举手投足间却多了一股自信和淡定。他不畏挑战,坚信前进一步,海阔天空。他不是什么大人物,只是一位执著于植物营养分子生物学研究的学者。  他,就是山东省泰山学者海外特聘专家,山东农业大学生命科学学院教授、博士生导师王勇。  立意新:农业也环保  植物营养分子生物学是近年来在植物营养学基础上发展起来的一门新兴学科,旨在分子
一下飞机,时序就来到夏天了,在九重葛满开的季节回到马来西亚沙巴的斗湖老家。整整十五年,足够我把所有年轻的粗糙偏执磨光,摔碎我年幼的骨架换一副成年的模样。  开过岛上简单平直的路,到处种满棕榈,步调缓慢,各种颜色的朱槿盛开在路旁,四处可见的木瓜树结满整串橘黄的木瓜,街角开着人潮川流不息的茶室,只是简单的折叠桌塑胶椅和几盏电风扇,手写马来语的菜单,营业时间都只有几小时。  孩子们很小年纪就在店内帮忙,
新药抑制小鼠体内肿瘤的生长  胰岛素调控肝脏生物钟的分子机制  中科院上海生科院营养科学研究所刘浥研究组,揭示了胰岛素通过调节生物钟核心转录因子Bmal1影响肝脏生物钟发生的分子机制,相关研究成果发表于《自然-通讯》。在进食状态下,由胰腺分泌的胰岛素能通过肝细胞表面的胰岛素受体,将信号传递至细胞内,激活PI3K-AKT2信号通路,激活的AKT2能够磷酸化Bmal1-Ser42,最终Bmal1被稳定
上世纪80年代,看似平静的气氛中,暗暗蕴藏着变革的因子。一些不安于现状的人,敏锐地捕捉到时代孕育的变革气息。他们决定,为了理想远离家乡,到外面的世界闯荡一回。1989年,21岁的马余刚,刚从杭州大学毕业(现为浙江大学),为了自己钟爱的核物理,他毅然搭上开往甘肃兰州的绿皮火车,一路向西去到千里之外的中国科学院近代物理研究所,继续他的学业。带着亲人的牵挂,离开山清水秀的南方,到达拥有漫长戈壁滩的西部,
摘 要:不同法律体系对产品责任的解决方式显示出某种程度上的相似性,但尚缺乏对建立符合正义原则的产品责任制度这一根本性问题的深入探讨。产品责任涉及合同法与侵权法之间的互动,各国采用了不同的处理模式。从引入严格产品责任的原因和严格产品责任的正当性两个方面分析,产品责任的严格性仍显示出不合理之处,而且将无辜旁观者纳入被保护人的范畴缺乏依据。提供服务的企业和不动产的设计者、建造者不需要承担严格责任,产生了
许和勇,西北工业大学副教授,主要研究方向为飞行器空气动力学和流动控制。主持国家自然科学基金2项,其它基金3项。共发表学术论文30余篇,其中被SCI索引7篇,EI索引20余篇。2012年入选西北工业大学第六批“翱翔之星”人才计划。  马航失联、台湾复兴空难、亚航客机失事……近年一系列空难让人们谈“机”色变。但飞机作为人类重要交通工具,在生活中又不可或缺。因此,如何提高飞机安全性,减少空难,已经成为相
虽然一生中经历了很多事情,参加过很多会议,但对段文洋来说,近年来最让他难忘的一件事情,就是参加了2009年在伦敦举办的IMO国际海事组织温室气体减排国际谈判。  在这次会上,以他为技术代表的中国船舶工业专家团队,运用他多年在船舶耐波性理论计算船舶波浪增阻方面积累的居于国际前沿的丰富论据,推翻了日本专家提出的一套按照他们的算法计算船舶能效性能的设计方案,避免了中国造船业在制定国际通行的船舶设计能耗标
专家简介:  谭志诚,中科院大连化物所热化学实验室研究员、教授、博士生导师。武汉大学、大连交通大学、聊城大学特聘兼职教授。《国际热化学学报》编委,我国热化学学科主要学术带头人之一。取得16项重大科技成果,荣获11项国家级和省部级科技奖励。培养硕士、博士及博士后等20余名优秀人才。申请获准并主持完成6项国家自然科学基金。在国内外50余种重要学术刊物发表研究论文350余篇。1986年荣获日本学术振兴会
德国联邦政府于2014年9月推出《新的高技术战略——创新为德国》,旨在把德国建设为世界领先的创新国家。如今德国高技术战略发展成为全面的跨部门创新战略,纳入了新主题,推出了新举措,并仰赖更广的创新理念:创新不仅是技术创新,而且还包括社会创新。  一、新时代新的创新政策  德国从经济和技术上均有能力成为全球的创新领先者,但是全球竞争日益加剧。随着产业链愈加复杂、愈加国际化,今天的企业在选择研究和生产基
一种新的物理机制显示,科学家可用热能来操控磁的形成。通常情况下,用电流通过磁层才能产生自旋转移力矩,他们现证明存在一种用强热流来产生自旋转移力矩的机制,这一机制主要由自旋依赖的塞贝克效应驱动。研究者用皮秒(万亿分之一秒)激光脉冲制造一种强超快热流,在纳米自旋器件中,自旋和热的耦合产生了新的物理现象,由热传输驱动的自旋转移力矩能为人们提供一种操控局部磁化的新方法。《Nature Physics》