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崔新壮:科海拾贝的交通岩土人
发布时间:2018年04月04日 12:01    作者:刘婷婷 薛书新    点击:[]

 

“爸爸,你是科学家吗?”

“当然是。”

“那为什么你跟牛顿那样的科学家不一样?”

……

崔新壮教授跟自己的孩子曾有这样一番对话。从事交通岩土工程科研工作多年,崔新壮教授每天接触的不是地基就是路基,“交通岩土工程的学科理论相对成熟,不会有太颠覆性的发现。我的理想是一方面形成自己技术的理论体系,另一方面让技术落地,把产品做得更有用、更好用,并应用到更多工程实践中去。”这是他对孩子问题的回答,也是对自己科研之路的定位与规划。

崔新壮,山东大学土建与水利学院教授、博士生导师,山东大学黄河冲淤积土工程技术研究中心主任,山东省海绵城市示范工程技术研究中心主任。目前主要从事交通岩土工程、道路病害机理与防治技术、路面力学等方面的研究。主持和参与包括国家973项目、国家和省基金项目、交通部和交通厅项目在内的30多个科研项目。在国内外重要学术刊物上发表论文100余篇,其中70多篇被SCI和EI检索。获得专利60余项;出版专著、教材和手册8部;编制标准5部,工法9项。日前,他入选第三批国家“万人计划”领军人才。

从一种“不良的土”,寻到十多年的研究方向

2004年,崔新壮从中国科学院力学研究所毕业,来山东大学交通系任教。来山大不久,他便注意到了山东这块土地的一大特色——黄河冲淤积土。

黄河在历史上频繁改道泛滥,形成了大黄河冲积扇,涉及25万平方公里的区域,相当于2.5个浙江省那么大。山东省地处黄河下游,正属于黄河冲淤积土的范围。这个地区土性整体较差,路基病害现象非常严重。

在山东大学此前研究的基础之上,崔新壮把路基病害现象与黄河冲淤积土紧密关联在一起,对这种“不良的土”进行了深入系统的“特殊研究”。

研究表明,来自黄土高原的土经过长时间的运输后工程特性变差,一方面不好压实,另一方面毛细作用强烈,使得由这种土筑成的地基很容易被水浸入,且缺乏粘性,路基很容易被冲蚀,造成滑塌。黄河冲淤积土的工程力学特性研究清楚了,崔新壮教授又进一步拓展研究领域,先后在路基服役性能保障技术、路基长期性能监测与安全预警技术等方面取得了不错的成绩。2011年,山东大学黄河冲淤积土工程技术研究中心成立,进一步为这类研究助力。

“要通过研究山东这种有特色的土,做出我们自己的特色。” 提出想法-理论研究-室内研究-工程研究-形成标准,这是崔新壮教授所沿用的科研路子。黄泛区的道路建设理论与技术这一研究方向,他已经跟了十多年,并且形成了系统性的成果。“就好像看病一样,这个病的机理是什么?怎么治疗?治好之后怎么长期跟踪监测并自动预警?完成这些,这个故事差不多也就讲圆满了。”

如今,基于完整的研究链条、扎实的理论根基和先进的应用技术,山大在黄河冲淤积土方面的研究已经全国领先,获得多项省部级科技奖励。

要像“扫地僧”一样苦练内功

崔新壮教授是“零基础”开始交通岩土工程专业研究的。来校之前,他的专业是工程力学。“我这个人比较随遇而安,当时想的就是,无论在哪儿工作,都得努力。只要努力,总能发光。”

跨学科着陆,当时的崔新壮很是花了一些工夫适应新学科。好在,读博时期的经历为他打下了较为扎实的理论基础,所以当时的过渡在今天回忆起来还算顺利。现如今,科研工作中的跨学科现象越来越普遍,专业背景与学术功底哪个更重要?基于自身经历,崔新壮教授更加看重后者。“科学的研究方法、做科研的学术功底,这是最重要的。就好像武林高手对决,比的更多是内功。”

崔新壮教授把这块透水混凝土桩放在办公室,时不时向来人展示它神奇的“透水”功能

嵌固式土工格栅的发明,突破了现有材料摩阻性差、结点强度弱等方面的技术瓶颈,对路基具有优良的加固作用

也是基于这种理念的引导,他在自己的科研实践中尤其重视理论方面的探索。比如,路基翻浆是道路灾害中的一类典型问题,如何对接现实需求、解决这一难题?崔新壮教授的做法是,首先向理论要答案。翻浆的基本原理是:冬季,地基或路基中的水由高温处向低温处流动,使得水冻积在地基、路基表面。春季来临气温升高,大量冰化成水,路面变软,在车辆荷载作用下极易引发变形。山东是季节性冰冻区,加上本身黄河冲淤积土土性差,所以非常容易造成翻浆现象。“这几年,我研究了一种模拟交通荷载的装置,从土动力学角度对翻浆机理进行了比较深入的研究,还建立了累积变形模型,在理论上进行了创新。”

崔新壮教授一直强调这样一个观念,“科学问题从工程中来,研究成果最终要服务于工程,理论要与实践相结合,要知行合一。”他习惯从根本上发现问题、解决问题,认为任何实践或者经验都要有根有据。

教学实践中,他倾向于让学生首先参透基本概念和理论要义。科研中,一旦创新性想法成熟,会让研究生开展大量理论和试验研究,最终形成可以推向工程的技术或产品。他告诉学生,要像《天龙八部》中的“扫地僧”一样,苦练内功。“内功”,这也是崔新壮教授的学生、土建学院2017级博士生李骏常听自己导师说的一个词。在李骏看来,内功一方面指基础技能的积累,另一方面也是一种心态的修炼,他说:“这是师门的一种传承,师傅交给了徒弟他认为最有效的方式。”

坚持,有时跟努力一样重要

透水混凝土桩、智慧型土工合成材料、嵌固式土工格栅……崔新壮教授的一项项研究成果,很多是业内“首款”,很多又达到了国际领先水平。这样的工作在他看来很有意义,但同时“过程非常曲折,很多时候都面临夭折的困境。”

崔新壮教授向记者讲述智慧型塑料土工合成材料研发的曲折过程

在崔新壮教授所研发的技术名单上,有一个产品的研发过程一波三折,让他如今想来都连连咋舌。“2013年前后,我申报了一个国家基金项目,开始利用导电高密度聚乙烯的拉敏行为,实现材料的变形自检测,也就是后来的智慧型土工合成材料。”

高密度聚乙烯是一种工程上常用的高分子材料,在其中加入导电材料可以实现导电。材料遇到拉伸作用产生变形,电阻会随之发生变化,这样通过电阻变化就可以测量材料的变形情况。崔新壮教授深知“这是一个非常好的想法”,但从好点子到好成果,中间有很长的路要走。他成功完成了室内试验,却在车间中试这个环节遇到了障碍,“车间生产的情况跟室内完全不一样,材料没有电阻变化,根本无法达到要求。”他尝试了很多办法,均告失败,“一度真的想要放弃。”

灵感的产生总是那么不可预知而美妙。在一次与生产工人的聊天中,对方提议把问题“简单化处理”,一下子,崔新壮教授抓住了问题的关键。原来,工厂里土工带的生产工艺与室内试验试件制备工艺最为接近,而这个研究起初的设计却是格栅,“我们改为土工带设计,问题一下子解决了。”

然而,这个产品的研究注定不平凡,一个问题才解决完,下一个问题马上就出现了。“土中有水分,而水分中的电解质对电阻影响很大。”怎么解决防水问题?崔新壮教授想了很久,最终在一位工程师那里找到解决良策,“他们采用封装技术,把土工带放进热缩管,一加热一收缩,防水问题就解决了。”

崔新壮教授是一个很努力的人。他所在的办公室,一般都是千佛山校区南院图东楼最晚熄灯的。他说:“农村孩子,从小就比较能吃苦。”不过他也深知,坚持,有时候跟努力一样重要。“很多重大发现都是偶然的,不过,任何灵感都离不开你的坚持,离不开你长期的思考和积累。”

一个“实用主义者”的服务社会之路

崔新壮教授感觉自己是一个实用主义者。

“要既有工程,又有科学。要从工程中提炼和解决科学问题,又要把科学应用于工程,使其形成一个环路。”十多年来,崔新壮教授的研究工作一直非常“务实”。围绕黄泛区道路建设面临的重大理论和技术难题,他系统开展了黄泛区粉土变形破坏理论、黄泛区路基长期性能保障技术、黄泛区路基安全监测预警方法等研究,研发了多项新技术、新材料和新产品,其中透水混凝土桩复合地基技术和智能土工合成材料研究达到了国际领先水平,被成功应用于山东省高速公路和海绵城市建设,取得了显著的经济和社会效益。

这台格栅拉拔仪是崔新壮教授他们自己研发的,主要用于研究土工合成材料与土的相互作用,已经见证了很多重要成果的产生

当被问及不断改进产品的原因时,崔新壮教授解释说“迫于无奈”。不过我们似乎能理解,他无数次“迫于无奈”的背后,更多还是对产品应用的无限追求。最近,他正在探索智慧型土工合成材料的数据采集自动化功能,这一研究未来应用空间很广,用他自己的话说,“这将实现道路在出现损伤时自动发出信号,相当于为路基注入一根‘神经’。”

土建学院张炯副教授主要从事海绵城市方面的研究工作,是崔新壮教授的团队成员和合作伙伴。他说:“崔老师是我的引路人,让我学到如何成长为一名优秀的大学老师。”在张炯看来,崔新壮教授一方面注重理论研究,另一方面不断发明新技术、新产品,所以他不仅仅是科学家,更是一位发明家。“科研工作者不仅要研究透理论,还要反馈回现实,这样才能促进社会不断进步。崔老师的工作很有价值,我也在朝他的方向不断努力。”

近期入选国家“万人计划”领军人才,崔新壮教授认为很重要的一个因素是,“在服务地方上做了一些产品转化的工作,取得了很多实实在在的成绩。”当下,山东正面临新旧动能转换的关键节点,山东大学也从各方面发力助推学者服务地方。崔新壮教授结合自身经历提出了两点建议:“一方面政策要做实,真正把好产品推出去;另一方面要真正做好衔接,把企业需求和高校优势结合好。”

现在,崔新壮教授把主要精力放在智慧型土工带和嵌固式土工格栅上。这两种产品已经在潍日高速上投入使用,未来也将在京沪高速的建设中发挥重要作用。同时,他也积极尝试整合社会资源,从校外寻找更加开阔的研发空间。在山东潍坊,他与当地企业沟通协商开辟了一块场地,其中一部分用于建设实验基地,目前已经局部投入使用。“那里是我们走出校门开拓的另一支工作团队,将成为众多想法和技术的孵化器。”


崔新壮教授曾经就读的中国科学院力学研究所,是以钱学森先生“工程科学”思想建所的综合性国家级力学研究基地。在那里,他接触了众多钱学森先生的弟子,崇拜并折服于那个年代科学家们的学术实力与开拓性贡献。于自己,他一直有一个“科海拾贝”的信条,为朴实无华的科研工作做着最好的注解——“在科学研究的海滩上,只要一直走一直捡,你总能捡到比较漂亮的、自己喜欢的贝壳……”

 

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