汪闻韶,水利岩土工程学家,我国土动力学和土工抗震研究的奠基者之一,在土的地震液化、土坝及地基抗震研究方面成就卓越。主持研制了我国第一台振动三轴仪,并应用于实践;首先提出了振动荷载下饱和砂土动孔隙水压力产生机理并考虑了消散和扩散的影响;提出了“地震总应力抗剪强度”地震稳定性分析方法;在广泛总结地震工程经验基础上,建立了我国土坝及地基抗震设计理论和原则。
汪闻韶,1919年3月15日出生于江苏省苏州市。高中未毕业便于1938年10月考入重庆中央大学水利工程系学习。1943年毕业后,先后在甘肃、宁夏从事农田水利工作。1946年应聘回南京中央大学担任黄文熙教授的土力学助教。
汪闻韶于1947年底赴美国留学,1949年2月获艾奥瓦大学力学和水力学硕士学位,1952年2月获伊利诺伊理工学院土木工程博士学位。1952年初至1954年底在麻省理工学院先后担任副研究员、研究工程师。
汪闻韶回国后,1955年任水利部南京水利实验处高级工程师。1956年调北京,历任水利部水利科学研究院、水利水电科学研究院、中国水利水电科学研究院高级工程师、教授级高级工程师、博士研究生导师。1980—1983年担任水利水电科学研究院抗震防护研究所第一任所长。1980年11月当选为中国科学院技术科学部学部委员。
汪闻韶1979年被选为土力学及基础工程学会副理事长,同年还分别被推选为中国水利学会岩土力学专业委员会副主任委员和中国地震学会地震工程专业委员会副主任委员。1988年被选为中国振动工程学会土动力学学会(后改称为土动力学专业委员会)第一届主任委员,1996年被推举为荣誉主任委员。
汪闻韶获得的其他荣誉和担任的社会职务还有:
1978年被水利电力部评为“全国水利电力科学技术先进工作者”;1985年被城乡建设环境保护部评为“全国抗震系统先进工作者”;1992年被建设部评为“全国抗震防灾先进工作者”; 1993年荣获中国科学技术发展基金会茅以升科技教育基金茅以升土力学及基础工程大奖(首届)。
1979年被聘为国家科学技术委员会水利工程学科组成员; 1982年被聘为中国科学院技术科学部科学基金组成员和中国科学院技术科学部委员会水利学分组成员;1990年被聘为水利部技术委员会委员;2001 年被聘为水利部科学技术委员会顾问。
他还先后荣获国家自然科学奖1项、国家科技进步奖2项,省部级奖4项,发表论文60余篇,出版专著15部。
早期在土中电渗问题和地基沉降分析方面的科研成果
1952年2月,汪闻韶完成了博士学位论文《电渗时饱和土体中的孔隙水压力》,主要研究电渗对饱和土中应力和孔隙水压力的影响,在第三届国际土力学及基础工程会议上发表。回国后又进一步考虑直流电在土中产生的物理化学作用,发表《直流电在土中作用及其对土的物理力学性的影响》论文,澄清了电渗对饱和土的力学性状的影响,提出了电渗和水力渗透混合流公式,阐述了电渗加固软土的机理。
20世纪50年代初,我国兴起水利建设高潮,在软土地基上大量修建大型水闸,需要研究地基沉降量及其时间过程的分析方法。为此,汪闻韶提出了以室内试验和现场观测相结合的分析方法,其中考虑了侧向变形的影响,并对大浦闸地基预压加固处理后的沉降量进行了预测和分析,出版了《大浦闸地基沉降分析研究》。
我国土动力学学科的奠基者和创建者之一
我国地处多发和强烈地震带,特别是20世纪60年代以来,多次发生强烈地震,震害严重。汪闻韶应水利水电建设和工程安全需要,全身心投入了土工抗震研究和实践,对地震荷载作用下土的动力特性、测试技术、动力分析理论及安全评价方法等方面进行了较全面的工作,取得了许多开拓性和创造性成果,同时密切关注国际研究前沿和新进展,成为我国土动力学学科的奠基者和学科带头人。
作为世界上早期研究者,早在1952年开始,汪闻韶就在Taylor教授指导下,在麻省理工学院从事“动力荷载下土的特性”试验,研究冲击荷载作用下土的强度特性。
20世纪50年代,我国大兴水利建设,开始注意砂土地震液化问题。1959年,汪闻韶在水利水电科学研究院组建“饱和砂土液化问题研究”课题组,创建土动力学试验室,从此在我国逐步起动和开展砂土地震液化问题和土坝及地基抗震问题的系统研究。由于圆筒振动液化试验不能反映地基和坝坡的应力条件,在黄文熙的倡议下,汪闻韶主持并与李树棻、陈慰权等合作研制了国内第一台振动三轴仪(惯性力振动三轴仪),并首先应用于西克尔水库、岳城水库等土坝和地基砂土地震液化试验研究。1962年,汪闻韶发表了“饱和砂土振动孔隙水压力试验研究”的论文,对影响振动孔隙水压力增长的主要因素进行了研究,并发现了预振对砂土颗粒排列结构性的影响。这是国际上较早专门研究饱和砂土振动孔隙水压力的论文,国外直到1966 年才见类似的成果报道,而直到1970年国外才注意到砂土结构性(fabric)的影响问题。现在,循环荷载振动三轴仪和循环荷载振动三轴试验已成为砂土液化和动强度等动力特性研究的主要仪器和试验方法,在土石坝及地基抗震设计中发挥重要的作用。
1962年和1964年,汪闻韶分别发表“饱和砂土振动孔隙水压力扩散和消散问题”和“饱和砂土振动孔隙水力的产生、扩散和消散”论文,在国内外最先阐述了饱和砂土在往返(循环)荷载下孔隙水压力产生机理,首先考虑了振动孔隙水力的扩散和消散影响,并给出了算例。1965年,该方法被应用于四川映秀湾电站拦河闸深厚层振动孔隙水压力扩散和消散的影响的计算。其中的分析思想即为现在动力有效应力分析方法的雏形。而国外直到20世纪70年代初才见类似的成果。
1972年开始,汪闻韶结合山西神头电厂地基饱和土层地震作用下稳定性研究,从安全考虑首次提出了“初始极限平衡”的试样破坏标准、“地震总应力抗剪强度”概念和考虑上层建筑物荷载影响的“地震总应力抗剪强度”地基地震稳定性分析方法,1984年发表在“在某电厂地基饱和砂性土地震稳定性试验中提出的原理和方法”的论文中。这些概念和方法被应用于我国许多土石坝的抗震计算,并被列入中华人民共和国国家标准GB/ T50269—97《地基动力特性测试规范》。
1980年1月,汪闻韶在英国“循环和瞬变荷载下的土”国际学术讨论会上,发表“土液化特性中的几点发现”的论文,并作大会报告。W.D.L.Finn等国际著名学者对他在土的液化研究中取得的成就十分钦佩,在会后出版的《Soil Mechanics— Transient and Cyclic Loads,Constitutive Relations and Numerical Treatment》一书中,特别以一章的篇幅介绍中国学者的研究成果,由此奠定了汪闻韶在国际土动力学界的学术地位和声誉。
土的液化机理及其与极限平衡和破坏间的关系,曾是长期困扰土工抗震界的问题。对此,汪闻韶于1980年和1981年,分别发表《往返荷载下饱和砂土的强度、液化和破坏问题》和《土的液化机理》论文进行阐述,引起全国学术界热烈大讨论,促进了我国土动力学的发展。以后又在专著《土的动力强度和液化特性》中进行系统论述,特别澄清土体液化与极限平衡和破坏的区别,指出三者各有不同的判别准则,不能混为一谈,并提出了防止土体液化破坏的原则和方法,对土动力学的发展起了正本清源的影响。
汪闻韶于1982年首先提出利用剪切波速判别地基饱和砂层地震液化可能性的初判方法,并在山东龙口电厂地基的液化可能性评价中试用,1984年发表“关于饱和砂土液化机理和判别方法的某些探讨”。经过多年应用,该方法为国家标准GB 50287—99《水利水电工程地质勘察规范》采用。该方法对于减少勘测和试验工作量、节省投资,有重大的工程意义。
自1962年汪闻韶发现砂土颗粒排列结构影响以来,他对于砂土结构性影响十分重视,以后又指导开展了室内和现场剪切波速测试方法和原状砂取样及试验技术的研制以及饱和原状砂动力特性研究,探讨剪切波速反映砂土结构性影响的可能性。
除了砂土振动液化研究,汪闻韶还首先开展了少黏性土、砂砾料和电厂粉煤灰等的液化特性研究。
根据我国1961年新疆巴楚地震中西克尔水库土坝震害考察和振动三轴试验,1965年发表“一个饱和粉质壤土的振动试验”的论文,在国内外首先注意和研究非砂土(少黏性土)地震液化问题。1978年在“水工建筑物抗震设计中的地基问题”论文中提出少黏性土液化判别标准,得到国际广泛讨论、引用和应用。并为我国SDJ10—78《水工建筑物抗震设计规范(试行)》和GB50287—99《水利水电工程地质勘察规范》等采用。
早在20世纪60年代初,汪闻韶就注意和研究了饱和砂砾料液化问题,特别是针对1976年唐山地震密云水库白河主坝上游砂砾料保护层发生大规模液化滑坡(流滑)的现象。开展了圆筒和三轴振动试验研究,发现保护层砂砾料粒径大于5毫米的颗粒含量小于65%(平均为63%),且缺乏中间粒径,未能形成粗粒骨架结构,其液化特性主要决定于其中的细颗粒部分,而后者的相对密度又较低,较易液化,是滑坡的主要原因。1984年又与常亚屏等联名在第八届世界地震工程会议上发表“饱和砂砾料在振动和往返加荷下的液化特性”,总结了自1962年以来对进行的砂砾料地震液化现场调查和室内圆筒振动和三轴振动试验,对砂砾料液化特性提出了系统研究成果。
汪闻韶首先在我国开展了粉煤灰的强度和液化特性试验研究。1981年起与课题组何昌荣、秦蔚琴等一起,先后对辽宁、富拉尔基和浑江等电厂6种粉煤灰进行了静、动强度和液化特性试验研究。1986年发表“电厂粉煤灰的强度和液化特性以及对贮灰坝设计的看法”,总结粉煤灰强度和液化特性研究成果,提出降低浸润线、采用粗灰和人工加密等贮灰坝设计的基本原则。
在我国土动力学的学科建设方面,汪闻韶发挥了创建者的作用。1979年第三届土力学及基础工程学术会议第一次设“土动力学”专题研讨,土动力学开始作为独立学科提出,他作了“土动力学及其他”的水平报告;1983年在第四届土力学及基础工程学术会议上,他作了“土的动力性质”水平报告;1980年,他作为学术委员会主席,主持了“土的动力特性学术讨论会”(后被称为“第一届全国土动力学学术讨论会”),并作“土的液化机理”的水平报告,会议还发起和组织了振动三轴仪的全国大比对试验研究,对于普及和提高我国动力三轴试验水平产生了重要影响; 1986年作为学术委员会主席,他主持了“全国土工建筑物及地基抗震学术讨论会”(后被称为“第二届全国土动力学学术会议”),并作“土石坝的抗震计算和模型试验及原型观测”的水平报告。1988年中国振动工程学会土动力学学会(后改称为土动力学专业委员会)成立,他被选为第一届主任委员,1996年后被推举为荣誉主任委员。
汪闻韶非常重视我国的土动力学和土工抗震人才培养。从1977年起,多次参加了“土的动力性质学习班”、“全国土石坝基本技术问题研究班”和“全国水利工程管理抗震防护研究班”等讲课,编写了《动三轴试验基本知识》、《抗震问题》和《土石坝的抗震问题》等讲义。对我国开展和普及动力三轴试验,促进土石坝抗震发展,产生了重要影响。
提出我国土坝及地基抗震设计理论(思想)和原则
我国的土动力学理论因土工抗震研究的推动而发展,又对土工抗震起指导作用。汪闻韶长期从事土坝及地基抗震问题研究,十分注意实际地震震害现场调查和经验总结。根据我国的实际情况,提出了“工程措施比理论计算更为可靠,变形分析比稳定分析更有意义”等一整套具有中国特色的土坝及地基抗震设计理论(思想)和原则。
早在20世纪60年代初,汪闻韶就开始了土坝和地基抗震问题的研究,多次发表论文总结土坝抗震计算方法和抗震工程措施。
汪闻韶十分重视对实际地震震害资料的收集、整理和经验总结。亲自参加了邢台、海城、林格尔及唐山等地震现场的震害调查,及时总结经验和教训。作为编委会委员,参加《唐山大地震震害》编写工作,主持编写《水利工程》等。1982年起花费四年时间主编完成了《中国水利工程震害资料汇编(1961— 1985)》,该书较全面地反映了我国大陆在1961—1986年期间历次强地震中水利工程的震害经验。1987年作为主席团成员和分组副主席,在地震与坝国际学术讨论会上发表《中国土坝震害经验》。中国的实际土坝地震破坏资料和抗震经验,引起了与会国际专家的广泛关注。
汪闻韶参加了我国第一部水工建筑物抗震设计规范编制工作,负责地基部分。1978年提出了《水工建筑物抗震设计中的地基问题》的论文,根据我国历次地震中水利工程震害经验,提出了水工建筑物地基抗震设计中应该着重考虑的六大问题,特别对地基“液化”土层和软弱黏性土的抗震性能及其评价指标进行了详细分析和研究。这些成果全部被SDJ10—78《水工建筑物抗震设计规范(试行)》所采纳。
1979年,汪闻韶主持编写了《中小型水工建筑物抗震知识》一书,对我国广大地震区的水工建筑物震害和修复、安全检查以及抗震设计等方面经验进行了系统总结,对普及和推广水利工程抗震科学发挥了重要作用。书中提出的原则、方法和措施,对我国广大中小型水利工程的抗震设计有重要指导意义。
汪闻韶于1981年发表《我国土坝抗震与水库安全》,对我国土坝抗震与水库安全中的突出问题进行探讨。根据我国土坝实际地震震害经验和土坝计算的发展水平,提出要做到土坝和水库的抗震安全,应该七分依靠工程措施,三分依靠计算等指导原则。同时,对土坝抗震的主要工程措施、抗震计算、震害修复和抗震加固问题,都提出了具体看法和建议。
针对1976年唐山大地震密云水库白河主坝上游砂砾料保护层发生大规模液化滑坡(流滑)暴露出的土(石)坝设计地震稳定分析中的缺陷,汪闻韶明确提出了“工程措施比理论计算更为可靠,变形分析比稳定分析更有意义”等重要思想和指导原则,对土(石)坝抗震设计思想和原则的改变产生了重要影响。以后又指导开展了高土石坝地震残余变形分析的研究工作。
1993年,汪闻韶主持完成了国家自然科学基金重大项目“岩土与水工建筑物相互作用研究”。其中具体负责的“散粒体地基上土石坝混凝土防渗墙研究”课题,对防渗墙渗流控制、混凝土与土接触面本构关系、防渗墙与土体相互作用、塑性混凝土防渗墙材料特性及原状砂动力特性等疑难问题,进行了系统深入的研究,对以后土石坝与混凝土防渗墙的设计和研究均有重要影响。
踏踏实实做人,勤勤恳恳做事
汪闻韶曾说,自己一生都在学做两件事:一是如何做人; 二是如何做事。这话既体现了他作为一个科学家的谦恭朴实的人生态度和严谨务实的工作作风,也是他终身恪守的人生准则。
年轻时,由于饱受日本侵略和战乱之苦,他勤奋学习,立志报效祖国。大学毕业后,他主动要求到祖国西北工作,亲身体察我国贫苦地区人民的生活和艰苦的自然环境,加深了为人民工作的责任感。新中国建立之初,他冲破层层阻力毅然回国,一心要为所热爱的祖国和人民贡献自己的力量,他说:“留学与爱祖国是分不开的,既要向世界学习,更应服务于祖国。”回国后,他全身心投身于祖国的建设,为国家作出了卓越贡献。晚年,他不顾年老体弱,仍然关心我国的水利事业,为我国水利工程防洪抗震减灾献计献策。
汪闻韶为人宽厚,品德高尚,胸襟坦荡,淡泊名利。在工作和生活中,从未因为自己是院士而有优越感,从未向国家和单位提过个人生活方面的要求,也从不为自己的家人和学生谋求工作上的便利和仕途上的成功。他热心公益事业,自己生活俭朴,居室简单,却把苏州老家的祖宅全部捐献给了国家。在各项救灾和资助活动中,他慷慨捐助,奉献爱心。
汪闻韶治学严谨,一丝不苟,在科研和学术问题上不容半点虚假。他对试验数据从来都是一个一个地仔细核对,对结论反复考证,对数据处理上的不严谨现象坚决纠正,没有半点通融。他对自己的学生更是严格要求,经常告诫他们要实事求是,科学既要理论创新又要理论联系实际,为实际工程建设服务,不要追逐名利,不要追求论文著作的数量,而应注重成果的水平和质量。
汪闻韶说:“科学是人对外部世界的认识和运用,既无止境,又无虚假。人生有限,必须用毕生精力去追求,并世代相继,群策群力,才能得其精华,造福于人。”并以此作为他人生的追求和归宿。
(刘小生 赵剑明)
简 历
1919年3月15日 出生于江苏省苏州市。
1943年 毕业于中央大学水利工程系。
1943—1945年 任甘肃水利林牧公司张掖工作站助理工程师。
1945—1946年 任黄河水利委员会宁夏灌溉工程总队助理工程师。
1946—1947年 任中央大学水利工程系助教。
1947年底 赴美国留学,1949年获艾奥瓦大学力学和水力学硕士学位,
1952年获伊利诺伊理工学院土木工程博士学位。
1952—1954年 先后任美国麻省理工学院副研究员和研究工程师。
1955—1956年 任南京水利实验处高级工程师。
1956年 中调北京,历任水利部水利科学研究院、水利水电科学研究院、中国水利水电科学研究院高级工程师、教授级高级工程师、博士研究生导师。
1978—1980年 任水利水电科学研究院抗震防护研究所成立筹备小组负责人。
1980—1983年 任水利水电科学研究院抗震防护研究所所长(第一任)。
1980年 当选中国科学院技术科学学部委员(现称院士)。
1979—1991年 为中国土木工程学会土力学及基础工程学会副理事长、中国水利学会岩土力学专业委员会副主任委员和中国地震学会地震工程专业委员会副主任委员。
1988—1996年 为中国振动工程学会土动力学学会(1988年成立,后改称为土动力学专业委员会)主任委员,1996年后为荣誉主任委员。
2007年10月13日 于北京逝世。
主 要 论 著
1 Wang,W S and Vey,E. Stress in a saturated soil mass during electro-osmosis. Proceedings of The Third International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (ICOSOMFE). Switzerland,16th-27th August 1953,Vol.I,pp.76-79.
2 汪闻韶. 土力学中电渗问题综合报告//水利部南京水利实验处1955 年研究试验报告汇编. 北京:水利电力出版社,1955:199-258.
3 汪闻韶,易宏义. 大浦闸地基沉降分析研究报告//中国科学院· 水利部水利科学研究院研究报告4. 北京:水利电力出版社,1958:1-58.
4 汪闻韶. 饱和砂土振动孔隙水压力试验研究. 水利学报,1962(2):37-47.
5 汪闻韶. 土坝地震稳定问题综述. 水利学报,1963(3).32-49.
6 汪闻韶. 饱和砂土振动孔隙水压力的产生、扩散和消散//中国土木工程学会第一届土力学及基础工程学术会议论文选集. 北京:中国工业出版社,1964:224-235.
7 汪闻韶. 一个饱和粉质壤土的振动试验. 水利学报,1965(1):49-55.
8 汪闻韶,等. 中小型水工建筑物抗震知识. 北京:科学出版社,1979.
9 Wang,Wenshao. Some findings in soil liquefaction. Water Conservancy and Hydroelectric Power Scientific Research Institute. August,1979,Beijing,pp.1-17[或见岩土工程学报,1980(4):55-63].
10 汪闻韶. 往返荷载下饱和砂土的强度、液化和破坏问题. 水利学报,1980(1):14-27.
11 Wang,Wen-Shao. Foundation problems in aseismatic design of hydraulic structures. Proceedings of The Joint U.S.-P.R.C. Microzonation Workshop,Harbin,September 11-16,1981,pp.15-1 ~15-13.
12 汪闻韶. 土的液化机理. 水利学报,1981(5):22-34.
13 汪闻韶. 关于饱和砂土液化机理和判别方法的某些探讨// 水利水电
科学研究院科学研究论文集,第16集. 北京:水利电力出版社,1984:1-8.
14 汪闻韶. 在某电厂地基饱和砂性土地震稳定性试验中提出的原理和方法//水利水电科学研究院科学研究论文集,第16集. 北京:水利电力出版社,1984:80-97.
15 Wang,W S. Earthquake Damages to earth dams and levees in relation to soil liquefaction and weakness in soft clays. International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering,St.Louis,May 6-11,1984,Vol.I,pp.511-521.
16 Wang,W S,Chang,Y B and Zuo,X H. Liquefaction characteristics of saturated sand - gravel under vibration and cyclic loading. Proceedings of the Eighth World Conference on Earthquake Engineering,San Francisco,July 21-28,1984,Vol.III,pp.269-276.
17 汪闻韶. 我国土坝抗震与水库安全//中国水利学会工程管理专业委员会. 水利工程管理论文集.1981年全国大坝安全学术讨论会专辑:第一集.1984:35-51.
18 汪闻韶. 对我国几个土坝和土堤震害原因的若干研究.//水利水电科学研究院科学研究论文集:第23集. 北京:水利电力出版社,1986:181-194.
19 汪闻韶,等. 唐山大地震震害. 北京:地震出版社,1986.
20 汪闻韶,金崇磐,王克成. 土石坝的抗震计算和模型试验及原形观测综合报告//全国土工建筑物及地基抗震学术讨论会综合报告.1986:47-68.
21 汪闻韶. 高土石填筑坝地震变形分析综述//全国土工建筑物及地基抗震学术讨论会论文汇编.1986:443-464.
22 汪闻韶,秦蔚琴. 电厂粉煤灰的强度和液化特性以及对贮灰坝设计的看法//全国土工建筑物及地基抗震学术讨论会论文汇编.1986:156-161.
23 Wang,Wen Shao. Lessens from earthquake damages of earth dams in China. International Symposium on Earthquakes and Dams,Beijing,May20,1987,pp.243-250.
24 汪闻韶,黄锦德. 中国水利工程震害资料汇编1961 1985(内部资料).1990.
25 汪闻韶. 饱和砂的循环应力应变关系//中国土木工程学会第六届土力学及基础工程学术会议论文集. 上海:同济大学出版社;北京:中国建筑工业出版社,1991:763-766.
26 汪闻韶. 土工抗震减灾工程中的一个重要参量——剪切波速. 水利学报,1994(3):80-84,89.
27 汪闻韶. 土的动力强度和液化特性. 北京:中国电力出版社,1997.
28 汪闻韶. 加强我国水利工程防洪抗震减灾中土力学及土工科技工作的思考和建议. 中国水利水电科学研究院学报:1998年中国大洪水专刊,1999,3(2):27-30.
29 汪闻韶. 剪切波速在评估地基饱和砂层地震液化可能性中的应用. 岩土工程学报,2001,23(6):655-658.
30 汪闻韶. 黄文熙讲座——土体液化与极限平衡和破坏的区别和关系.岩土工程学报,2005,27(1):1-10.