黄文熙(1909—2001),上海人。1929年毕业于中央大学土木系,中国科学院院士,著名水工结构和土力学专家。先后获得美国密歇根大学学士、硕士、博士学位。1937年起先后任中央大学、南京大学、华东水利学院、清华大学水利系教授。与此同时先后兼任中央水利实验处研究员、南京水利实验处处长、中国水利水电科学研究院副院长等职务,以及中国土木工程学会和中国力学学会荣誉会员和名誉理事、《水利学报》和《岩土工程学报》编委会主任。
勤奋好学 锋芒初露
黄文熙,1909年1月3日出生于上海的一个乡绅家庭,祖籍江苏吴江县。吴江位于太湖之滨,具有1000多年的灿烂历史文化,有的著名的景物还被列入世界历史文化遗产。众多古老的江南小镇有着以“临街枕汤,粉墙黛瓦”为特征的古园林、古民居、古桥、古塔、古纤道的古朴风貌。吴江自然风光迷人,举世闻名的京杭大运河穿境而过,因水成街、因水成市、因水成景比比皆是,充满着浓浓的水乡生活情趣。所以很多的历史名人都诞生于此,其中包括黄文熙。
在少年时期,父亲经商屡遭失败,因而家庭生活日趋困难,为了日后能有稳定的职业,他选择入了培养邮政和海关业务人才的上海民立中学。毕业后,考入暨南大学学习。此时,他对升学深造还没有更高的抱负。但在大同大学学习理预科时,他开始对数学产生了浓厚的兴趣,于是把数学作为他的特殊爱好。由于数学成绩突出,得到了当时2位数学教授的赏识和鼓励。他开始自学解析几何,后改学理工科,并考入河海工科大学。他刻苦学习,各个学科都取得了优异的成绩,成为大家学习的榜样。1929年他毕业于中央大学土木工程系,获工学学士学位。留校任教一年半后受聘于上海慎昌洋行,任结构设计员。他努力钻研结构设计中的前沿课题,在设计一座17层钢架结构时,创造了“框架力矩直接分配法”,圆满地完成了任务。它取代当时通用的克洛司迭代法。论文载于1934年10月1日出版的《工程》第九卷第五号,比林同炎就同一课题发表的论文早2个月。利用这种方法进行抗力矩的分配、框架的结构作用表现得非常清楚,计算工作量也比“克洛司迭代法”大大减少。聪明且具有才智的他深得当时建筑部主任的欣赏,被誉为“具有解决困难的特殊能力”。此时,黄文熙还是25岁的青年,这也是他学术生涯初露锋芒时期。
1933年他用辛勤的汗水换取了清华大学留美公费生资格,主修河工专业。学校指定河工专业的创始人李仪祉和沈百先为他的导师,并先安排他在国内实习半年。1934年秋进入美国依阿华大学。1935年春,黄文熙开始就读于密执安大学,师从S?铁摩辛柯及H?W?金两位教授,学习水工建筑和力学。在留学期间,他学习更加勤奋刻苦,常常每天学习14个小时以上,而且效率极高,学校每年寄回他的成绩报告单都是优。在密执安大学取得硕士学位时,因成绩优秀又被授予斐陶斐荣誉奖章,并被破格免试攻读博士学位。
他只用一年半的时间就完成了题为《格栅法在拱坝、壳体和平板分析中的应用》的博士论文。格栅法在拱坝、壳体和平板分析中的运用,实际是首开目前广泛使用的有限元法的先河。文中针对拱坝结构分析提出运用结构力学的方法作板极壳数值分析,也可用于其他结构,加以适当的引申,可用于研究各项异型板壳的支力反应问题。格栅法的计算公式是他通过精心求解75个方程组才得出来的,他以渊博的知识和非凡的解决困难的能力赢得了导师和答辩人员的称赞,又被授予西格玛赛荣誉奖章。当时《底特律日报》和《密歇根日报》都发表专文称赞他为“密歇根大学多年来最出众的学生,在结构和水利两个领域中取得杰出的成就”。毕业后他又在美国水务局实习半年,参观、考察了十几个正在建设的大坝工地,积累了许多宝贵的实践经验。艰苦的留学生活以及取得的丰硕学术成果为他以后所做出的杰出成就铺就了坚实的基础。
勇于开创 情系科学
1925年在哈佛大学任教的欧洲人K?太沙基出版了《土力学》一书。从此,土力学成为一门科学技术。黄文熙在美国留学期间,受到了这位世界土力学界鼻祖的深刻影响。他对这门新兴但又非常复杂的学科给予了高度的重视,于1939年把土力学引入我国,在我国第一个开设土力学这门课程,并建立了国内大学中第一个土工实验室。
1937年夏抗日战争前期,黄文熙接受中央大学的邀请,毅然回到国内。由于中央大学已内迁,他先后在杭州浙江水利局和西安东北大学工作。1937年底,几经辗转到达重庆。此后他在中央大学担任水利系教授、系主任,并兼任水利部讲座、中央水利实验处特约研究员、土工实验室主任等职。在中央大学任教时,他讲授过土力学、材料力学、结构设计、水力学、水工结构、海港工程、铁道建筑、流体力学等多门课程。
抗战胜利后,他随学校迁返南京。在40年代,他不顾身患肺结核病仍坚持教学和科研工作,发表了《挡土墙土压力研究》;创建了地基沉降与地基中应力分布的新的计算方法,并撰写了《水工建筑物土壤地基的沉降量与地基中的应力分布》等高质量的论文,多次受到当时水利部的嘉奖。水工建筑物土壤地基的沉降量与地基中的应力分布理论成为应力路径法的先驱。这项研究工作最早发表于1942年的《工程》杂志,1957年及1959年又先后发表中、英文论文修正稿。在50年代中期,黄文熙又建议用振动三轴仪进行砂土的动力特性试验,并首先提出了用有效应力原理来解释砂土液化机理。这一研究成果受到国际同行专家的极大重视,他所提出的振动三轴仪试验方法现已为国内外广泛使用,成为常规的土的动力试验手段。
中华人民共和国成立以后,黄文熙先后在南京大学、南京工学院、华东水利学院等高校任教,同时担任南京水利实验处处长,负责这一国内成立最早、有一定规模的水利水电科研机构工作。他积极筹划,使其进一步充实和发展,开创了泥沙、潮浪结构材料等新的研究领域。期间,他组织研究了不少土质勘探设备和土工实验仪器,组织编写了《土工实验手册》和现场标准贯入、触探、取样等讲义和资料,开办了4期土工试验学习班,这使得南京水利实验处成为当时全国规模最大、水平最高的水利水电科研机构,为中华人民共和国成立初期的水利水电建设做了大量的工作。
1955年,因对共产党抱有坚定的信念,他参加了中国共产党。他曾当选为第三届全国人民代表大会代表,第二、第三届全国政协委员。1956年,由于科研工作取得辉煌成就,黄文熙当选为中国科学院技术科学部委员(中国科学院院士)。他还先后担任中国水利学会副理事长、名誉理事,并兼任所属的岩土力学专业委员会主任,中国水力发电工程学会副会长,中国土木工程学会荣誉委员,中国力学学会名誉理事,中国力学及基础工程学会理事长,名誉理事,《中国科学》、《水利学报》、《水力发电学报》和《清华大学学报》的编委会主任等职务。他积极参加国内外学术活动,曾率团或参加赴西欧、日本和美国考察,多次参加国际学术会议,并为之撰写论文。他主编有《土的工程性质》,并于1984年出版了《水工建设中的结构力学与岩土力学问题?黄文熙论文集》。
从1956年起,黄文熙调任清华大学教授,并兼任水利部水利科学研究所(1958年后改为水利水电科学研究院)副院长和土工研究所所长。经过10年的辛苦努力,此时水利科学院已拥有9个研究室以及完整的技术后勤系统,具备了承担各种重大水利水电科研课题的能力,并出了一批高质量的科研成果,解决了大量的水利水电工程中的疑难问题。黄文熙本人也结合工程实验作出了许多带有开创性建设性的研究成果。
文化大革命时期,他受到“四人帮”迫害,生活上和精神上经受了惨无人道的折磨。此时身为国家一级教授的黄文熙,工资由每月300多元降到十几元;住所由原先的2个单元变成了1间12平米的小房子,还曾经住进了牛棚。许多家具都被洗劫一空,留下的只是被认为“一钱不值”的书籍。被称为“反动学术权威”的黄文熙坚持着、忍受着,期待着黎明的曙光。“文革”时期,科研工作无法继续进行,但黄文熙一直关心国际土力学的发展,暗地里为土的本构关系的研究做了大量的准备工作。
“文革”后,黄文熙的境况好转,他立即以古稀之年倾注于清华大学土力学研究组的工作,同时兼任水利水电科学研究院和南京水利科学研究院的顾问。他注意到电子计算机和有限元的发展,必然要求建立能够比较全面起初地反映土的应力应变关系的数学模型,这也将能够使土力学发生一个飞跃。针对当时已经建立的土的弹塑性模型对屈服面和硬化参数人为假设过多的缺点,他提出运用有限的试验资料直接研究土的弹塑性模型的理论,并于1978年初发表了《土的弹塑应力应变模型理论》一文。论文着重说明如何根据有限的试验资料,运用增强弹塑性理论去建立代表弹塑性应力应变关系的数学模型。在他的主持下,清华大学和水利水电科学院进行了大量的试验和理论研究工作,经过10年的艰苦奋斗,终于建立了“清华弹塑性模型”,把中国的土力学带到了世界的前沿,受到国内外同行的推崇。这一科研成果获得了国家自然科学三等奖。
黄文熙追求科学,他非常注重实验,包括实验的设备、思路、方法等。80年代初期,他看到我国在土工模型试验方面与国际先进水平的巨大差距,多方奔走呼吁,并于1980年和1984年亲自率团到日本、美国和欧洲考察,终于在我国建立了不同规模的土工离心模型试验装置,对我国岩土工程的发展起到了巨大推动作用。另外,他还组织专人进行渗水力模型的试验,以支持对旁压仪试验的理论研究,大力开展水力劈裂试验和机理研究,对土工合成材料的应用和研究工作给予极大的支持,力促土工合成材料在水利工程中的应用。这些项目有的具有巨大的工程意义和潜力,有的在国外尚处于摸索阶段。1995年,已是86岁的他还在《水利学报》上发表了题为《拱坝抗屈折稳定初探》的论文。
黄文熙也特别重视工程实践。他根据我国的实际情况,在水利水电工程中引进和推广了许多先进的技术和工艺,如用砂井和预压法加固软土地基,曾被铁道部门积极广泛采用;用反滤层和排水井防止闸坝地基渗透破坏;用被偿基础原理不用桩基建造水闸;用就地浇注混凝土防渗墙阻塞砂粒地基的地下渗漏等。结合我国当时水中填土坝和水坠坝的大量兴建,他积极开展研究工作,从理论和试验方面进行验证,丰富和推动这一具有中国特色的筑坝技术。
黄文熙作为我国土力学的奠基人,也是河海大学岩土工程专业的创始人。对于黄文熙而言,有一个信念时刻存在他的心中: 未知领域需要探索,遇到困难就要解决,一步一步扎扎实实地走,总会取得成功。正是因为这样,几十年来他始终站在这一科学的前沿,研究探索了很多课题,并在不同课题的研究方面都有丰硕的成果。
一身正气 百世流芳
黄文熙不仅是一位在岩土力学和结构力学方面有突出成就的学者,也是一位思想敏捷、经验丰富的工程师和解决工程实际问题的能手。他敢于坚持真理,实事求是。他曾参加治淮和治黄工程中佛子岭、梅山、板桥、岳城、新丰江、毛家村等水坝的科研和加固工作,以及武汉长江大桥、上海宝山钢铁厂等重大工程中的有关河道冲刷防护与地基加固处理的咨询工作。他尊重科学、尊重客观事实,坚持实事求是的原则。1984年,中央征求水利专家关于三峡建设方案的意见。许多专家出于不同的考虑,都坚持150方案(坝高150米),黄文熙则坚决持反对意见,尽管持反对意见的人只占少数。当时的中央领导人也考虑采纳150方案,因为这与175方案比较起来,堤坝矮了25米,投资大大减少,况且当时国家的经济较为困难,筑坝技术方面也怕达不到高质量的要求。黄文熙理解中央领导的想法,但十分坚定地说:“既然你们都坚持150方案,那我也就不反对了。但我要提一个意见,所有的设计都必须按照坝有可能加高的方案设计。如果我们不这样做,将来的子子孙孙就会认为我们这一代人树立了一个愚蠢的纪念碑!”这句尖锐话语触怒了当时的领导人。大会做总结的时候,黄文熙受到了批评,并且批评的话语也被记录在此次会议的文集上。黄文熙得知后却非常高兴地说:“这就好了,有文字为证了,将来子孙后代如果再提起这件事情,他们就会知道,当时不是所有的人都是愚蠢的。”由于黄文熙等人的坚决反对,三峡的150方案没有立即实施,中央又对三峡调查、研究了十几年。现在的事实也证明,150方案是不可取的。事后,黄文熙感慨地说:“中央为什么要找专家征求意见,是因为中央认为你在这个方面有专长,你了解情况。所以你在提意见的时候就要实事求是,说出这个事情是对人民负责。”黄文熙对上海宝山钢铁厂的选址也有自己的见解。他认为选址在上海是错误的,上海的地基为软基,为了能有坚固的基础,就要打上万根钢桩,且要打入地面以下70米深处,投资非常巨大。况且中国幅员辽阔,有很长的海岸线,基础条件好的地方很多。他还认为这是日本在向中国倾销钢材,因为当时中国的钢材只能从日本进口,从澳大利亚进口的只占很小的部分。
桃李不言 下自成蹊
黄文熙热爱教育事业,治学严谨,教书育人。抗战时期,前方在打仗,后方在读书,教室用的是草棚子,教书环境的恶劣是不言而喻的。而且由于没有中文课本,每讲一门新课,他都要花很多的时间和精力备课。不论寒冬酷暑,他总是昼夜辛勤地工作。学生有不懂的问题都喜欢问黄先生,因为黄先生能够凭借其渊博的知识立即找出症结所在,切入要点,进行分析,尽全力予以启发,令学生心悦诚服。他的推理、计算和记忆能力都是极强的。授课时,其中繁杂的数学公式,他在黑板上能行云流水般地推导下来,令学生叹为观止。在教学过程中,他提倡启发式的教育,强调培养学生的自学能力。他一贯主张学生的基本理论和基本工程技能训练并重,强调试验在教学中的地位。他要求学生阅读大量的文献和尽可能多做试验。他主张从有实际工程经验的技术人员中招收研究生,主张从实际工程中遴选科研课题。他在向学生们传授了许多宝贵的知识的同时,也以自身的表率作用给他们以良好的启迪。清华大学李树勤教授对此有着充满激情的回忆。李先生在读研究生期间,黄文熙教授是他的导师。李先生有一次写了一篇100多页的论文,由于没有计算机,整篇文章都要用手抄写,且整理后要送给黄先生审阅。正文部分是李先生自己写的,后面的参考文献部分就由李先生的爱人代抄。黄文熙教授不仅仔仔细细地看完了论文的正文部分,对后面的参考文献部分也认真核对,并且在那儿找出了唯一的错误。询问后,他对李先生说:“不能因为这不是你自己写的,你就不看……”他治学严谨,特别注重学生的学习态度,对学生的论文和报告审查极严格,修改极仔细,要求对理论推导反复核校,试验结果必须有多次重复试验予以证实。他的研究生在论文中的试验常在百组以上。所以在他执教60余年中,培养了一大批高水平的学生,遍及大江南北,大洋两岸。他的学生助手不少已经成为院士、博导和知名的专家学者,活跃在水利水电和岩土工程的各条战线上。黄文熙为人宽厚坦诚,谦虚平和,有长者之风,不遗余力地提携后进;他人品高尚,具有很强的人格感召力。他努力促进我国岩土工程界的合作,联合了5个学会创办了《岩土工程学报》,亲任编委会主任。搞科研的同时,他还亲自为年轻的教师和研究生讲授高等力学、结构力学等科目,选派教师、研究生出国学习、进修,筹划试验室的现代化建设,提出属于学科前沿的课题和思想,以正确的学术思想和技术途径进行具体的指导。他带出了一支有良好作风的教学、科研队伍,培养了一批高质量的硕士和博士生。在他90高龄以后,仍然密切关怀岩土工程领域的动态和进展,并对于学术新人寄予极大的希望。
黄文熙先生2001年1月2日逝世,他的逝世是中国科学界的重大损失。他的一生闪闪发光,令人敬仰,为我们留下了一幅美好的人生画卷,我们可以从这幅画卷中得到许多启迪。