潘家铮

        潘家铮,水电工程专家,1927年11月12日出生于浙江省绍兴县,毕业于浙江大学土木系,获工学士学位。自1950年起他即投身中国水电事业,任中国第一座大型水电站新安江水电站的设计总工程师,以后致力于中国水电建设及坝工工程长达45年,先后参加一大批大型工程的设计、科研和审查工作,包括宏伟的三峡工程。在他的努力下,在坝工和水电领域中发展了许多新的理论概念和分析方法,许多新技术得到应用。由于他在理论和实践领域中取得的卓越成就,1985年10月被任命为水利电力部总工程师,1988年5月任能源部总工程师,并担任清华大学教授。1980年11月,潘家铮被选为中国科学院学部委员(院士),1994年被选为中国工程院院士并兼任副院长,同时获得在科学和技术两领域中的最高学术荣誉称号。他还兼任中国水利学会及水电学会的副理事长,中国岩石力学与工程学会的名誉理事长和中国大坝委员会主席、国务院学位委员会委员。1989年他获得中国科学院荣誉奖状和被授予中国设计大师称号。他现任电力工业部顾问及中国长江三峡工程开发总公司技术委员会主任。
        潘家铮著述丰富,总计达600万字,重要著作有《重力坝的弹性理论分析》、《重力坝设计》、《建筑物的抗滑稳定与滑坡分析》、《水工分析文集》等。
        潘家铮,水电工程专家,1927年11月12日生于浙江省绍兴县。他1950年从浙江大学土木系毕业后就从事水电工程工作,40余年来,他所参与、负责和领导过的大中型水电站有黄坛口、流溪河、东方、新安江、富春江、乌溪江、龚咀、磨房沟、锦屏、乌江渡、安康、铜街子、凤滩、东江、石塘、白山、天生桥、大化、岩滩、龙滩、隔河岩、葛洲坝、二滩、小湾,以及三峡枢纽。
        潘家铮在50年代就设计了我国第一座坝顶溢流的双曲拱坝。他在负责我国第一座大型水电站新安江工程的设计中,采用了大宽缝重力坝、大泄量溢流厂房,用封闭式排水降低坝内扬压力,设置坝内大底孔导流以及坝体斜缝施工等新技术,使工程量大大减少,降低了造价,缩短了工期,创造了开工三年后就发电的记录,显著缩小了我国水电建设与国际先进水平的差距。有些新技术,例如采用封闭排水来降低作用于坝基和坝体内的隐蔽的破坏力——扬压力,这在当时的情况下是很难为人理解和接受的。他坚持采用,并做了一系列理论研究。实践证明,新安江大坝的扬压力确实远低于传统设计值,为数十年后推广这一技术奠定了基础。
        潘家铮为解决许多水电工程中的技术难题做出了贡献。我国第一座建在岩溶地区的高坝大库——乌江渡工程,开工后遇到巨大困难,甚至有下马之议。潘家铮和许多专家在详尽调查研究之后,坚持施工,提出了一系列的技术措施,终于在乌江上建成了高坝。东江工程设计中有薄拱坝、厚拱坝和重力坝等方案,潘家铮根据当地条件,坚持薄拱方案,并协助指导设计工作,使湘南出现了一座高质量的双曲薄拱高坝。葛洲坝是长江第一坝,设计单位采用“抽排方案”,也就是封闭排水措施,大量减少了工程量,但引起许多专家的疑虑和反对。水电部领导要求潘家铮审查研究,做出结论。由于有20年前的经验,他在研究后完全肯定和支持原设计。葛洲坝运行近20年来,完全正常,而这一措施现已被列入设计规范。龙羊峡工程是开发黄河上游水电站群的“龙头工程”,但坝址地形地质条件不利,断层纵横。一些国内、国际地质权威考察后都表示怀疑或忧虑,龙羊峡还能不能建坝?领导又把解决这个任务交给了潘家铮。他知难而进,和设计院的科技人员全面细微地研究了地质条件,进行了大量的精密分析和试验,证实只要采取必要措施龙羊峡大坝的安全是有保证的。终于建起了当时中国第一高坝——178m的龙羊峡拱坝,为开发黄河上游水力资源打下了基础。
        在坝工理论上,拱坝是最重要和复杂的高次超静结构。潘家铮对拱梁法的基本原理作了深入研究,写成《论试载法》一文,对此法提供理论依据并澄清许多误解,使此法成为解算空间结构的一种普遍性方法。
        渗透压力和扬压力是对坝体安全影响极大的隐蔽性荷载,许多人对这一荷载的本质存在误解。潘家铮反复阐明这一荷载的体积性和动态性,提出主动地控制和减轻扬压力。从观测成果分析,他认为渗透压力的变化基本符合抛物线型扩散方程,容易用拉氏变换求解,从而可以预测其变化过程,这为采用封闭式排水降压提供了理论依据。经过数十年的实践,在新安江、葛洲坝等大型工程中成功后,现已列入设计规程,在全国推广。
        潘家铮是研究混凝土和钢筋混凝土开裂、计算裂缝宽度、考察裂缝稳定的先驱者之一。他研究了坝踵裂缝扩展的判定准则,并证明重力坝坝坡不宜陡于0.72左右的原则。他也是我国最早把断裂力学引入水工结构分析的专家,用这一理论研究坝体贯穿裂缝的稳定条件,并缝钢筋的作用,裂缝扩展深度的计算以及坝面和坝踵裂缝的稳定问题。其后,他和研究生王修信进而分析了混凝土裂缝扩展的规律,用数学模型追踪裂缝形成和延伸的过程,和试验成果基本相符。在他的带头和推动下,水工结构中的断裂研究取得很大的进展。
        在水电建设中,经常遇到严重的边坡失稳问题。潘家铮从50年代初计算黄坦口工程的西山滑坡问题开始,对滑坡作了数十年的研究,提出了“潘家铮公设(Pan’s Postulates)。”即:边坡如能沿多个滑面活动,则失稳时它将沿最小抗力的滑面破坏;而滑面肯定时,则滑面上的反力(及滑体的内力)能自行调整,以发挥最大的抗滑潜力(也称为最大最小原理),以此作为极限平衡分析法的理论支柱。在这个基础上,他和合作者孙君实发展了基于塑性理论、利用模糊约束条件和数学寻优技术的“潘家铮-孙君实计算法”,能在任何复杂的情况下自动寻找临界破坏面和相应的安全度,并在计算机上实现,解决了长期困惑人们的难题。后来,他的公设为国内外学者(陈祖煜-I. Donald)从塑性力学上下限解原理予以证实。陈氏发展了塑性力学上限解,用能量法取代了静力法,可用于解复杂的三维问题,使我国的边坡分析理论研究取得突破。
        潘家铮特别重视影响大坝安全的稳定分析问题。早在50年代,他就提出拱坝坝肩失稳和重力坝基础深层失稳问题,推导了分析方法,并不断深入和发展。他的许多研究成果,总结在《建筑物的抗滑稳定和滑坡分析》一书中。我国在拱坝坝肩稳定分析试验、重力坝坝基深层抗滑稳定以及复杂地基的非线性分析方面都取得重要进展,潘家铮作为学术带头人起了一定的作用。
        潘家铮对具体水工结构的分析研究成果更多。他的研究特点是:①尽量用简单浅显的方法来解决较复杂的问题;②努力弥合力学理论、学术论文与设计实践中的间距;⑧重视对简单构件的研究,然后综合用以解决复杂系统。
        潘家铮精于结构力学和弹性力学。早年他就对结构力学中的基本方程“角变位移方程”作过透彻研究,把“形-载常数”理论扩展提高,成功地分析了许多复合结构,包括连续拱、地基梁、地基框架、地下洞室衬砌、调压井衬砌、分岔钢管、部分充水的加劲钢管、管道的法兰段。他还利用特种函数分析土石坝刚性芯墙、斜墙、单曲拱坝,用逐波迭加方法研究复杂管道中的水锤、水库滑坡激起的涌浪推进以及水轮机运行中的小波稳定等等,都取得了成功。在开展和推动我国水工结构研究工作方面,潘家铮起了一定作用。
        潘家铮十分重视培育人才,把它列为自己的主要任务之一。他从50年代开始,就在设计院中开设讲习班、研究班,培育出大批人才。他担任许多全国一级学报和很多部门、地方科技刊物的编委。他还在清华大学等院校兼职,培养研究生。其中许多都已成为我国水电建设中的骨干力量。
        潘家铮在40多年中,结合工程实践,研究探索,写出了大量的学术论文和技术专著。据目前查到公开出版的著作有21本,科学论文、报告近100篇,共计约达660万字。他的著作写得深入浅出,深受广大读者的欢迎。
        潘家铮现在仍然负责全国的水电开发大业,而且在年近花甲时,受命担任三峡工程论证领导小组副组长和技术总负责人之职。三峡工程是几代中国人民的梦想,是世界上最大的水利水电枢纽,经过几十年的研究讨论,意见分歧。国务院在1986年决定重新进行全面深入论证。他受命以后,全力以赴,依靠412位专家,组成14个专题组,进行人类工程史上少见的研究分析工作。经过三年多废寝忘食艰苦细致的努力,完成这一重任,提交了论证报告和专题报告,并负责向国务院作论证汇报。这个跨世纪的宏伟工程终于通过了国务院的审查,被全国人大七届五次会议批准,现已进入实施阶段。现在他正进一步对工程的技术设计进行审查把关。
        潘家铮不顾年事渐高,主持、组织了一些国家的重大科技攻关项目,如水电工程筑坝技术、高坝建设关键技术研究等,出色地完成了任务。他负责组织开发水利水电工程应用软件包,已开发出许多优秀的、具有我国特色的软件,基本上改变了水电设计计算手算的局面。他积极开展水电CAD技术的开拓工作。目前,重力坝、拱坝和厂房等几种系统的CAD系统已获得成功,传统的水电设计将面临一个革命。最近,他除了继续参与一些大型、巨型水电建设的技术难题的解决外,正在组织进行水工枢纽设计的专家智能系统的开发研究工作。潘家铮为我国水电工程建设事业的发展做出了重要贡献。

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