刘宝琛:开拓岩土工程的科学巨匠
在辽宁铁岭开原市的土地上,孕育出了一位在我国岩土工程和采矿工程领域影响深远的杰出人物——刘宝琛。他以卓越的智慧、坚韧的毅力,开创了随机介质理论,为我国的矿业开采与岩土工程实践开辟了新的道路,其贡献不仅推动了行业的进步,更对国家经济建设产生了不可估量的价值。
年少立志,投身学术探索
1932年7月20日,刘宝琛出生于辽宁省开源县(现开原市)。家庭的书香氛围从小熏陶着他,培养了刘宝琛好学深思的习惯,在他幼小的心灵中,早早树立了爱国的理念,立志要学好本领,将来为祖国的富强贡献力量。青年时代,刘宝琛于1950年参加了解放军,随后到东北工学院(现东北大学)进修。这段军旅生活,锻炼了他坚韧不拔的意志和吃苦耐劳的精神,为他日后面对艰苦的科研环境奠定了坚实的基础。1956年,刘宝琛不仅以优异的成绩从东北工学院采矿专业毕业,还光荣地加入了中国共产党。此后,他被分配到中国科学院长沙矿冶研究所(今冶金部长沙矿冶研究院),就此踏上了科研的征程。当时的他便坚定表示,只要能为祖国做贡献,甘当“煤黑子”“土疙瘩”,这份质朴而炽热的爱国情怀,贯穿了他的一生。
留学深造,崭露头角
1957年,凭借出色的专业能力和勤奋踏实的态度,刘宝琛作为中国科学院第一批公派进修生,前往波兰科学院岩石力学研究所学习。波兰科学院在岩层地表移动理论和“三下”(建筑物下、河流下、铁路下)采矿研究方面处于世界领先地位,学术氛围浓厚。初到波兰,刘宝琛便一头扎进知识的海洋,废寝忘食地学习。他的勤奋与天赋很快得到了波兰著名的沙乌斯托维奇院士的青睐,进修生身份迅速转为研究生。
在学习期间,刘宝琛不满足于书本上的理论知识,拿着导师的介绍信,实地考察了波兰几十家矿山。在那些艰苦的矿山环境中,他亲身体验,收集了大量一手数据和资料。当时,波兰教授李特维尼申提出的随机介质理论虽可指导采矿实践,预防地表移动、下陷,但仅能解决开采水平煤层的问题。刘宝琛通过对数据的深入分析和反复研究,独创性地将随机介质理论拓展应用到倾斜煤层开采中。1961年底,他的两篇英文论文《随机介质理论在开采倾斜煤层地表移动中的应用》《地表移动的时间规律》在波兰科学院院报连续发表,引发了学界的轰动,让国际学术界开始关注这位来自中国的青年才俊。1962年初,刘宝琛以《开采倾斜煤层地表运动规律》的论文进行博士论文答辩。他用流利的波兰语和缜密的逻辑思维征服了评委,以优秀成绩在科拉克夫矿冶大学取得技术科学博士学位。然而,心系祖国建设的他,没等博士证书正式下发,便在1962年2月毅然踏上回国的旅程。
回国钻研,突破传统理论
回国后,刘宝琛马不停蹄地投入到工作中。采矿工作条件艰苦,矿山大多地处荒郊野岭,土房窑洞是他的住所,粗茶淡饭是他的日常饮食,不仅要常常长途跋涉进行勘察,还可能面临各种危险。但刘宝琛毫不在意这些困难,他深入辽宁、河南等地的矿山考察,决心进一步完善随机介质理论。当时,行业内研究岩层地表移动规律,多采用理想化模式,以弹性力学、塑性力学等理论为基础。然而,天然介质复杂多变,影响因素众多,传统理论难以精准描述其运动规律。刘宝琛创新性地提出,对于非均质、各向异性的岩土介质,应采用非既定型模式,其运动规律服从随机过程。
基于此,刘宝琛形成了具有独创性的随机介质理论体系。该理论在“三下”开采中展现出巨大的优越性,打破了“三下”区域不能开采的传统理论束缚。从1962年4月起,刘宝琛聚焦本溪矿务局各煤矿在工业民用建筑物群下及太子河下开采的难题,提出了一整套预计开采影响下地表移动及变形的方法。20世纪60年代后期,他成功主持了抚顺、本溪等地的多个国家重点开采项目。例如,在本溪的项目中,他关于重要工业项目地表稳定分析的研究数据和成果,为政府决策提供了关键依据。通过应用他的理论,该地区截至20世纪70年代,先后开采了6层煤总计近千万吨,地表大面积下沉达4米,但绝大部分建筑完好无损,仅一小部分采取加固措施即可,在帮助工厂创造重大经济效益的同时,为国家节省了巨额搬迁费用。1965年,刘宝琛将多年的理论研究和实践经验总结成册,出版了专著《煤矿地表移动的基本规律》。自此,中国各地煤矿摒弃了以往采用的外国方法,广泛应用刘宝琛的随机介质理论进行地下采煤,他也因此成为与沉陷研究领域紧密相连的著名科学家。
拓展应用,成果走向世界
20世纪70年代后期,刘宝琛并未停止探索的脚步,他将随机介质理论逐渐推广应用于铁矿、金矿及磷矿的开采,如在程朝铁矿、湘西金矿、锦屏磷矿等矿山的开采中,成功解决了诸多复杂问题,从“三下”采出大量矿石。不仅如此,随着城市建设的发展,该理论还被用于指导地铁开挖技术及环境的评估保护,以及公路、铁路、水库等的边坡稳定和加固措施的研究。在解决北京地铁建设预疏水地表沉降预计问题时,随机介质理论发挥了关键作用,获得了巨大的经济效益和社会效益。刘宝琛的研究成果得到了国际学术界的广泛认可,美国、澳大利亚等国也开始采用他的理论,他逐渐成为具有国际影响力的岩石力学专家。1965年10月,刘宝琛参加在德国召开的国际岩石力学会议,用德文宣读论文,将随机介质理论介绍给世界学术界,赢得了好评。此后,他多次应邀赴美国、加拿大、澳大利亚、日本、瑞士、波兰等国参加国际会议,并在多所大学担任客座教授。多年间,他发表论文百余篇,出版专著5部,其中《矿山岩体力学概论》成为该专业学生和矿山工程技术人员的重要参考书籍。
荣誉加身,育人不倦
1994年,刘宝琛的学术成就得到了国际权威机构的高度认可,当选为波兰科学院外籍院士。1997年,他又当选为中国工程院能源与矿业工程学部院士。2000年,被评为“全国先进工作者”,同年当选全国劳动模范。诸多荣誉加身,却未让刘宝琛有丝毫懈怠。1999年,他正式调入中南大学。2002年,70岁高龄的他服从组织安排,担任中南大学土木建筑学院院长。在任期间,他勤恳工作,致力于院系调整后的整合工作,成功推动学院形成了两个国家重点学科(桥梁隧道工程、道路铁道工程)、一个省级重点学科(岩土工程),以及土木工程博士后流动站,极大地提升了学院的学术实力,使其跻身我国高校前列。
在人才培养方面,刘宝琛同样倾注了大量心血。他治学严谨,强调学生要具备扎实的外语技能和深厚的理论素养,同时注重理论与实践相结合。自1978年国家恢复研究生制度起,他就担任研究生导师,为国家培养了7位硕士、40多位博士,为采矿和岩土工程领域输送了大量技术骨干和学术带头人。他常说:“我是共产党培养出来的,我学的东西要继续下去,为党和国家做贡献。”他也用实际行动,为学生们树立了榜样。
2017年6月21日15点30分,刘宝琛院士因病医治无效在长沙逝世,享年85岁。他的离去,是我国岩土工程界和工程科技界的重大损失。但他所创立的随机介质理论,以及他为科研事业无私奉献的精神,将永远铭刻在中国科技发展的历史长河中,激励着无数后来者在采矿和岩土工程领域不断探索前行。