地质工程学家王家鼎:把脉黄土,夯实安全生命线

□郭晓燕 李琛

字数:3163 2024-05-22 版名:文化



  王家鼎观察实验结果(左一)

  “黄土结构疏松,具有湿陷性、振陷性、崩解性,因此易发生滑坡、塌陷、泥石流等重大灾害,黄土地区大型工程下的防灾减灾问题,就是我三十年来研究的课题。”近日,王家鼎团队申报的《特殊岩土体小变形大风险智能化监测防治技术及中外工程应用》获得2023年度陕西省科技进步一等奖,这也是他投身地质工程研究30余年来的硕果之一。
  王家鼎,西北大学二级教授、博士生导师,入选陕西省三秦学者、陕西省杰出人才,享受国务院特殊津贴。长期从事工程地质与灾害地质研究,在水—力耦合下黄土灾害方面取得了地震滑坡、振动促渗、湿剪促滑等关键理论和技术问题的突破,先后主持国家重大科研仪器研究项目1项,国家自然科学基金重点项目1项、国家自然科学基金项目3项、国家重点研发计划课题1项以及铁道部等省部级重大科研项目10余项。发表学术论文260余篇,其中SCI文章80余篇,出版专著7部,授权国家发明专利18项(含国外)。
  “踏去来,五岳三江”:成为地质郎
  王家鼎出生在陕西蓝田,在爷爷与父亲的文学启蒙和熏陶下,诗情文采俱佳。高中时期,王家鼎尤其喜爱听堂兄给他讲青海地质队的故事。堂兄口中壮丽的山河、奇妙的经历,化成了他心中对“浪漫野外”的无限憧憬和对地质专业的浓厚兴趣。
  1979年王家鼎参加高考,顺利考入西安地质学院(现为长安大学)应用地球物理专业。1983年本科毕业,他凭借扎实的专业基础,考入中国科学院兰州地震研究所,攻读地震工程专业硕士,专注抗震减灾的方向。留所工作后,正式开启了“踏去来,五岳三江”的地质人生。
  兰州多年,他手拿地质锤,走过戈壁荒滩,也攀过悬崖峭壁。“这辈子从事了地质工作,就得要有奉献精神、吃苦精神,否则真是干不了这一行。”28岁那年,王家鼎为勘测采样攀在悬崖壁上,工作即将完成之际,遇到上方塌方,头顶不断有碎石滚落,返回的路线也被冲得不见踪影……千钧一发之际,是同事用绳索硬将他拉了上来。回想起30多年前的遇险经历,他仍心有余悸。
  在王家鼎的地质生涯中,与灾害搏斗、与时间赛跑的防灾减灾工作占很大比重。他曾多次深入甘肃、陕西等山区为地质灾害提供灾情研判和救援指导。“何处家山,残垣断壁,遍野人哭彻”,人民受苦、村落受灾的种种惨象烙印在王家鼎心间,“自责啊!恨自己没有更好的办法让村民们免于灾难”。这些刺激转化为研究的动力不断鞭策着王家鼎,后来,他以原创性的理论参与泥石流滑坡预报,打通生命通道,受到各级表彰。
  悠悠岁月,静听锤爽。多年的野外磨炼让王家鼎蜕变成长为一名意志坚定、技术过硬的地质人。1994年,王家鼎怀着对家乡的眷恋,带着一身专业本领和一批重大科研成果调入西北大学。
   “铁龙飞过不黄天”:也做高铁人
  2004年,中国开始进入高速铁路的大规模建设时期,郑西高铁是我国在黄土地区建设的第一条高铁。然而在大面积湿陷性黄土地区修建高速铁路,是一个世界性难题。铁道部公开招标关于如何解决高速铁路的机车振动引起路基沉陷问题的重大科研项目,由王家鼎牵头的西北大学团队也参与其中。
  回想筹备竞标的过程,王家鼎直言艰辛且难忘,“那是夏天最热的时候,我和硕博学生们在实验室待了一个半月”,伴随着降不下的气温和做不完的实验,厚厚一沓论证书也终于问世,王家鼎团队多年来有关黄土动力学的研究成果凝聚其中,论证清晰,数据严谨。功夫不负有心人,凭借扎实的基础与得天独厚的优势,王家鼎团队高分中标,并获得院士评委的好评:“把项目交给西北大学是非常正确的选择,他们在黄土家门口研究黄土,真正把问题说透了。”
  项目紧急,任务艰巨,王家鼎不敢有丝毫松懈,大年初五便前往郑州。从郑州到西安500多公里,每个重点路段都要勘探、采样、进行振动和波速测试,为取原状土研究,最深挖掘至30米。那个夏天,王家鼎开车沿郑西线走了3趟,取回的土样堆满了地质学系的后院。
  没有前人经验,没有数据参考,王家鼎与团队艰苦攻关,终于拿出了第一份湿陷性黄土地基的动力特性与设计参数,“这一路上500多公里,土质不一样、黄土厚度不一样、收缩程度不一样,我们一段一段做了实验,整理了满满三大张表。当我把这个表交出去的时候,我的手都在发颤。从来没有人研究过火车的震动参数到底有多大,到底能引起多大的下沉,这个数据拿出去,我们是要负责任的!”实践证明,他们为郑西高铁的设计和施工提供了可靠的技术支撑。
  有了郑西高铁的经验,团队后续的研究工作从容了很多,随后又参与了大西高铁、宝兰高铁、郑太高铁的建设设计,并独立承担了黄土边坡失稳(滑坡)研究、黄土路基振(震)陷研究、黄土湿陷研究等科研项目。王家鼎在研究中创新了机车振动引起黄土路基振陷理论、首创了深部黄土湿陷的岩桥 (古土壤层)滞后塌陷理论、提出了柔性生态护坡工法及边开挖边防护理念等。
  为攻克黄土振动促渗的定量测试难题,王家鼎率领团队在国家重大科研仪器研制项目的资助下自主研制了首台达到国际先进水平的振动促渗仪,利用该仪器进行的大量试验也帮助团队创新性地提出了振动和水联合作用对黄土边坡的促松、促裂、促渗和促滑机理,刷新了黄土滑坡成因理论,填补了该领域空白。除此之外,团队自主研制的高精度、高采样率的24通道同步高速采集装置获得了国际专利,解决了机车宽幅振动的多参数感知难题。
  攻克“疑难杂症”:获赞“黄土郎中”
  在郑西高铁、大西高铁相继顺利通车后,王家鼎又率领团队投身重载铁路工程上。“最重的铁路如何行驶在最软的地基上”,成为他面前的新难题。
  我国第一条按照30吨轴重重载铁路标准建设的瓦日铁路(山西中南部铁路通道)2009年开工建设。瓦日铁路经过的滑坡、溜塌、采空区等不良地质发育地区多,建造隧道易发生变形与塌方,为此,王家鼎团队研制出特殊探头,识别和预报围岩涌水塌方,解决了这种特殊地层隧道的灾害感知技术难题。
  施工到吕梁山脉时,在实地又遇到了重大难题:铁路边上一处滑坡无论如何也找不到滑动面,若采取避绕处理,需增加13亿投入。一筹莫展之际,王家鼎来到现场。反复勘测后,他将目光锁定在滑坡舌部可能剪出口部位的山沟。为寻找“症结”所在,王家鼎在腰间绑上安全绳,沿着山沟陡峭的崖壁,深入40多米深的谷底泥潭。时间一分一秒地过去,寒风凛冽,泥水透过胶鞋传来刺骨的冰冷。就在大家几乎想要放弃的时候,“找到了!”王家鼎凭着独有的经验找到了滑动面。
  “就像是没有明显症状的疑难杂症,要找到病根,只能凭借医生丰富的经验和细致敏锐的观察判断。”王家鼎十分自豪,“辛苦点怕啥,我们为国家节省了13个亿。”类似的境况王家鼎还遇见过很多,经常应各设计院、勘察院的邀请到工程现场“出诊”。“设计单位的工程实践加上我们科研院校的研究成果,充分融合就能解决真正的工程问题。”
   公诚勤朴:我是“西大人”
  20世纪90年代初调入西北大学时,王家鼎在城市与资源学系负责教授城市规划的相关课程,继续着滑坡、泥石流、楼房勘察、灾害防治的研究。2000年,地质学系开展一级学科博士学位授权点的申报工作,王家鼎应邀参与,补足了地质工程二级学科的缺项。
  扎根西大30余年,王家鼎对“公诚勤朴”的理解与践行不断深入。在自主研发的专利仪器上,赫然看到西北大学的校徽以及“XD-SVP2023土振动促渗仪”的命名。
  “我是一个教书人,培养地质工程人才是我的使命!”作为西北大学地质工程专业创建人、带头人,王家鼎为学科的建设与发展呕心沥血,主讲多个核心课程、编著课程教材、培养教学梯队……从白手起家到硕果累累,王家鼎走了20年。
  王家鼎的授课以生动鲜活著称,工程实践中大量案例在教学中信手拈来,他希望能将自己的经验与知识毫无保留地传授给学生。他不仅重视课堂上的教学,也十分注重培养学生的野外实践能力。陡崖上的手把手教学、一对一讲解,让已毕业20年的袁金辉至今记忆犹新。他主张学生多做工程实践,用地质锤写出“硬气文章”。
  30多年的工作记录、生活写照,构成了这位黄土行者的灵魂吟唱。未来,他将继续在这片黄土地上研究着、记录着,思考着……