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崔新壯:科海拾貝的交通岩土人
發布時間:2018年04月04日 12:01    作者:劉婷婷 薛書新    點擊:[]

 

“爸爸,你是科學家嗎?”

“當然是。”

“那為什麼你跟牛頓那樣的科學家不一樣?”

……

崔新壯教授跟自己的孩子曾有這樣一番對話。從事交通岩土工程科研工作多年,崔新壯教授每天接觸的不是地基就是路基,“交通岩土工程的學科理論相對成熟,不會有太颠覆性的發現。我的理想是一方面形成自己技術的理論體系,另一方面讓技術落地,把産品做得更有用、更好用,并應用到更多工程實踐中去。”這是他對孩子問題的回答,也是對自己科研之路的定位與規劃。

崔新壯,ob欧宝体育在线登录教授、博士生導師,山東大學黃河沖淤積土工程技術研究中心主任,山東省海綿城市示範工程技術研究中心主任。目前主要從事交通岩土工程、道路病害機理與防治技術、路面力學等方面的研究。主持和參與包括國家973項目、國家和省基金項目、交通部和交通廳項目在内的30多個科研項目。在國内外重要學術刊物上發表論文100餘篇,其中70多篇被SCI和EI檢索。獲得專利60餘項;出版專著、教材和手冊8部;編制标準5部,工法9項。日前,他入選第三批國家“萬人計劃”領軍人才。

從一種“不良的土”,尋到十多年的研究方向

2004年,崔新壯從中國科學院力學研究所畢業,來山東大學交通系任教。來山大不久,他便注意到了山東這塊土地的一大特色——黃河沖淤積土。

黃河在曆史上頻繁改道泛濫,形成了大黃河沖積扇,涉及25萬平方公裡的區域,相當于2.5個浙江省那麼大。山東省地處黃河下遊,正屬于黃河沖淤積土的範圍。這個地區土性整體較差,路基病害現象非常嚴重。

在山東大學此前研究的基礎之上,崔新壯把路基病害現象與黃河沖淤積土緊密關聯在一起,對這種“不良的土”進行了深入系統的“特殊研究”。

研究表明,來自黃土高原的土經過長時間的運輸後工程特性變差,一方面不好壓實,另一方面毛細作用強烈,使得由這種土築成的地基很容易被水浸入,且缺乏粘性,路基很容易被沖蝕,造成滑塌。黃河沖淤積土的工程力學特性研究清楚了,崔新壯教授又進一步拓展研究領域,先後在路基服役性能保障技術、路基長期性能監測與安全預警技術等方面取得了不錯的成績。2011年,山東大學黃河沖淤積土工程技術研究中心成立,進一步為這類研究助力。

“要通過研究山東這種有特色的土,做出我們自己的特色。” 提出想法-理論研究-室内研究-工程研究-形成标準,這是崔新壯教授所沿用的科研路子。黃泛區的道路建設理論與技術這一研究方向,他已經跟了十多年,并且形成了系統性的成果。“就好像看病一樣,這個病的機理是什麼?怎麼治療?治好之後怎麼長期跟蹤監測并自動預警?完成這些,這個故事差不多也就講圓滿了。”

如今,基于完整的研究鍊條、紮實的理論根基和先進的應用技術,山大在黃河沖淤積土方面的研究已經全國領先,獲得多項省部級科技獎勵。

要像“掃地僧”一樣苦練内功

崔新壯教授是“零基礎”開始交通岩土工程專業研究的。來校之前,他的專業是工程力學。“我這個人比較随遇而安,當時想的就是,無論在哪兒工作,都得努力。隻要努力,總能發光。”

跨學科着陸,當時的崔新壯很是花了一些工夫适應新學科。好在,讀博時期的經曆為他打下了較為紮實的理論基礎,所以當時的過渡在今天回憶起來還算順利。現如今,科研工作中的跨學科現象越來越普遍,專業背景與學術功底哪個更重要?基于自身經曆,崔新壯教授更加看重後者。“科學的研究方法、做科研的學術功底,這是最重要的。就好像武林高手對決,比的更多是内功。”

崔新壯教授把這塊透水混凝土樁放在辦公室,時不時向來人展示它神奇的“透水”功能

嵌固式土工格栅的發明,突破了現有材料摩阻性差、結點強度弱等方面的技術瓶頸,對路基具有優良的加固作用

也是基于這種理念的引導,他在自己的科研實踐中尤其重視理論方面的探索。比如,路基翻漿是道路災害中的一類典型問題,如何對接現實需求、解決這一難題?崔新壯教授的做法是,首先向理論要答案。翻漿的基本原理是:冬季,地基或路基中的水由高溫處向低溫處流動,使得水凍積在地基、路基表面。春季來臨氣溫升高,大量冰化成水,路面變軟,在車輛荷載作用下極易引發變形。山東是季節性冰凍區,加上本身黃河沖淤積土土性差,所以非常容易造成翻漿現象。“這幾年,我研究了一種模拟交通荷載的裝置,從土動力學角度對翻漿機理進行了比較深入的研究,還建立了累積變形模型,在理論上進行了創新。”

崔新壯教授一直強調這樣一個觀念,“科學問題從工程中來,研究成果最終要服務于工程,理論要與實踐相結合,要知行合一。”他習慣從根本上發現問題、解決問題,認為任何實踐或者經驗都要有根有據。

教學實踐中,他傾向于讓學生首先參透基本概念和理論要義。科研中,一旦創新性想法成熟,會讓研究生開展大量理論和試驗研究,最終形成可以推向工程的技術或産品。他告訴學生,要像《天龍八部》中的“掃地僧”一樣,苦練内功。“内功”,這也是崔新壯教授的學生、土建學院2017級博士生李駿常聽自己導師說的一個詞。在李駿看來,内功一方面指基礎技能的積累,另一方面也是一種心态的修煉,他說:“這是師門的一種傳承,師傅交給了徒弟他認為最有效的方式。”

堅持,有時跟努力一樣重要

透水混凝土樁、智慧型土工合成材料、嵌固式土工格栅……崔新壯教授的一項項研究成果,很多是業内“首款”,很多又達到了國際領先水平。這樣的工作在他看來很有意義,但同時“過程非常曲折,很多時候都面臨夭折的困境。”

崔新壯教授向記者講述智慧型塑料土工合成材料研發的曲折過程

在崔新壯教授所研發的技術名單上,有一個産品的研發過程一波三折,讓他如今想來都連連咋舌。“2013年前後,我申報了一個國家基金項目,開始利用導電高密度聚乙烯的拉敏行為,實現材料的變形自檢測,也就是後來的智慧型土工合成材料。”

高密度聚乙烯是一種工程上常用的高分子材料,在其中加入導電材料可以實現導電。材料遇到拉伸作用産生變形,電阻會随之發生變化,這樣通過電阻變化就可以測量材料的變形情況。崔新壯教授深知“這是一個非常好的想法”,但從好點子到好成果,中間有很長的路要走。他成功完成了室内試驗,卻在車間中試這個環節遇到了障礙,“車間生産的情況跟室内完全不一樣,材料沒有電阻變化,根本無法達到要求。”他嘗試了很多辦法,均告失敗,“一度真的想要放棄。”

靈感的産生總是那麼不可預知而美妙。在一次與生産工人的聊天中,對方提議把問題“簡單化處理”,一下子,崔新壯教授抓住了問題的關鍵。原來,工廠裡土工帶的生産工藝與室内試驗試件制備工藝最為接近,而這個研究起初的設計卻是格栅,“我們改為土工帶設計,問題一下子解決了。”

然而,這個産品的研究注定不平凡,一個問題才解決完,下一個問題馬上就出現了。“土中有水分,而水分中的電解質對電阻影響很大。”怎麼解決防水問題?崔新壯教授想了很久,最終在一位工程師那裡找到解決良策,“他們采用封裝技術,把土工帶放進熱縮管,一加熱一收縮,防水問題就解決了。”

崔新壯教授是一個很努力的人。他所在的辦公室,一般都是千佛山校區南院圖東樓最晚熄燈的。他說:“農村孩子,從小就比較能吃苦。”不過他也深知,堅持,有時候跟努力一樣重要。“很多重大發現都是偶然的,不過,任何靈感都離不開你的堅持,離不開你長期的思考和積累。”

一個“實用主義者”的服務社會之路

崔新壯教授感覺自己是一個實用主義者。

“要既有工程,又有科學。要從工程中提煉和解決科學問題,又要把科學應用于工程,使其形成一個環路。”十多年來,崔新壯教授的研究工作一直非常“務實”。圍繞黃泛區道路建設面臨的重大理論和技術難題,他系統開展了黃泛區粉土變形破壞理論、黃泛區路基長期性能保障技術、黃泛區路基安全監測預警方法等研究,研發了多項新技術、新材料和新産品,其中透水混凝土樁複合地基技術和智能土工合成材料研究達到了國際領先水平,被成功應用于山東省高速公路和海綿城市建設,取得了顯著的經濟和社會效益。

這台格栅拉拔儀是崔新壯教授他們自己研發的,主要用于研究土工合成材料與土的相互作用,已經見證了很多重要成果的産生

當被問及不斷改進産品的原因時,崔新壯教授解釋說“迫于無奈”。不過我們似乎能理解,他無數次“迫于無奈”的背後,更多還是對産品應用的無限追求。最近,他正在探索智慧型土工合成材料的數據采集自動化功能,這一研究未來應用空間很廣,用他自己的話說,“這将實現道路在出現損傷時自動發出信号,相當于為路基注入一根‘神經’。”

土建學院張炯副教授主要從事海綿城市方面的研究工作,是崔新壯教授的團隊成員和合作夥伴。他說:“崔老師是我的引路人,讓我學到如何成長為一名優秀的大學老師。”在張炯看來,崔新壯教授一方面注重理論研究,另一方面不斷發明新技術、新産品,所以他不僅僅是科學家,更是一位發明家。“科研工作者不僅要研究透理論,還要反饋回現實,這樣才能促進社會不斷進步。崔老師的工作很有價值,我也在朝他的方向不斷努力。”

近期入選國家“萬人計劃”領軍人才,崔新壯教授認為很重要的一個因素是,“在服務地方上做了一些産品轉化的工作,取得了很多實實在在的成績。”當下,山東正面臨新舊動能轉換的關鍵節點,山東大學也從各方面發力助推學者服務地方。崔新壯教授結合自身經曆提出了兩點建議:“一方面政策要做實,真正把好産品推出去;另一方面要真正做好銜接,把企業需求和高校優勢結合好。”

現在,崔新壯教授把主要精力放在智慧型土工帶和嵌固式土工格栅上。這兩種産品已經在濰日高速上投入使用,未來也将在京滬高速的建設中發揮重要作用。同時,他也積極嘗試整合社會資源,從校外尋找更加開闊的研發空間。在山東濰坊,他與當地企業溝通協商開辟了一塊場地,其中一部分用于建設實驗基地,目前已經局部投入使用。“那裡是我們走出校門開拓的另一支工作團隊,将成為衆多想法和技術的孵化器。”


崔新壯教授曾經就讀的中國科學院力學研究所,是以錢學森先生“工程科學”思想建所的綜合性國家級力學研究基地。在那裡,他接觸了衆多錢學森先生的弟子,崇拜并折服于那個年代科學家們的學術實力與開拓性貢獻。于自己,他一直有一個“科海拾貝”的信條,為樸實無華的科研工作做着最好的注解——“在科學研究的海灘上,隻要一直走一直撿,你總能撿到比較漂亮的、自己喜歡的貝殼……”

 

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