陶志剛和他的“巖土”事業(yè)
—— 記中國礦業(yè)大學（北京）力學與建筑工程學院副教授陶志剛

◎ 文/曹 莉

初見陶老師，給人的印象是英姿勃勃，健談爽朗，對教學、科研和生活充滿熱情。他最大的心愿就是頭頂藍天、腳踏大地，把科研理想植入巖土，讓其閃光，服務(wù)社會，造福人類。

他長期在教學、科研一線。在中國科學院何滿潮院士的指導下，他圍繞“雙體災(zāi)變力學”理論的深化和應(yīng)用，在滑坡、發(fā)震斷層活動性、隧道圍巖大變形災(zāi)害監(jiān)測-預(yù)警-控制等方面做出了突出貢獻。累計在全國17 個省市（地區(qū)）建設(shè)滑坡災(zāi)害牛頓力監(jiān)測點432 個，成功參與預(yù)報了12 次滑坡災(zāi)害，均提前4 至13 小時發(fā)出臨滑預(yù)警信息，挽救百余人生命和數(shù)以億計財產(chǎn)損失。

他就是中國礦業(yè)大學（北京）“深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室”實驗管理部部長、副教授、碩士生導師陶志剛。2018 年，他被評為中國能源研究會優(yōu)秀青年能源科技工作者，兼任中國巖石力學與工程學會軟巖工程與深部災(zāi)害控制分會副秘書長、山西省柳林能源與環(huán)境院士工作站副站長。他的主要研究方向包括滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、發(fā)震斷裂帶活動性監(jiān)測預(yù)警、隧道圍巖大變形控制、NPR 錨索超常力學特性實驗研究等。作為第一作者（含通訊）發(fā)表論文53 篇，其中36 篇被SCI/EI 檢索，有14 篇中文核心。參編著作或教材4 部，參編標準1 部。他的研究成果先后獲得省部級科技獎勵3 項，獲得中國、日本、美國、歐洲發(fā)明專利授權(quán)16 項，實用新型授權(quán)12 項，軟件著作權(quán)5 項。

人生：由“交通”向“地質(zhì)”轉(zhuǎn)變

陶志剛的求學經(jīng)歷不同尋常。他在河北理工大學上的大學，本科學的是交通工程中的道路橋梁。但當時招他們的老師都是學礦山出身。由于學校的礦山、地質(zhì)專業(yè)都不景氣，有的專業(yè)已被取消，招地質(zhì)、礦山的老師也全部轉(zhuǎn)到“交通工程”這個新開的專業(yè)。

讓他沒有想到的是在學習過程中，老師教學都是沿著礦山的路子來授課，本來教路基路面、道路建筑材料的老師，講課的內(nèi)容都是礦山巷道的道路設(shè)計、軌道設(shè)計等。在上研究生的時候，他干脆跟老師改學地質(zhì)專業(yè)。

在他的印象中，本科教授普通地質(zhì)學的老師人特別好，上課非常細致，通過雙語教學和實驗操作吸引學生的注意力，他覺得跟老師學得很帶勁，比學“交通工程”好。研究生期間，他學了兩年半的地質(zhì)學。他的碩士生導師不僅搞科研，還擔任學校職能部門行政領(lǐng)導，既要當領(lǐng)導搞管理也要搞科研。碩士生導師的特殊身份使陶志剛有機會參與做課題研究，因此受到了很大的鍛煉。導師有意培養(yǎng)他，還讓他帶學生，并撰寫課題申請書和結(jié)題報告。久而久之，陶志剛便對地質(zhì)學有了較深的了解并產(chǎn)生了濃厚的興趣。

地質(zhì)是一門基礎(chǔ)學科，不管是土木、交通、水利、礦山等都需要地質(zhì)。鑒于這種基礎(chǔ)學科的性質(zhì)，要想從根本上創(chuàng)新顯得十分困難。陶志剛想，自己要想發(fā)展必須引入交叉學科的研究。比如，把地質(zhì)用到巖土、交通、水利等學科，結(jié)合起來才會有所建樹。他立志要為自己找“出路”。

二本和三本高校的學生學習都十分刻苦，因為他們知道只有考上“985”“211”學校才有出路。他把目標鎖定在對口礦業(yè)類的大學上，即中國礦業(yè)大學（北京），這是中國礦業(yè)中的最高學府。在心中已有明確目標的他學習上更加刻苦。他直言不諱地告訴我們，從上本科時他就想考到北京了，在考研時一定要試一試。后來，他以高分考中理想中的大學。

考上博士時，他師從何滿潮老師（院士）。令他感到幸運的是那一年考上何老師的博士生就他一個人，面試很簡單何老師直率地對他說：“你跟我搞邊坡吧。”從那以后，陶志剛就跟何老師搞邊坡。實際上，邊坡是巖體力學和巖石力學相結(jié)合的一個學科。何滿潮老師（院士）就這樣把他帶到了這一個“地質(zhì)工程”和“邊坡工程”的交叉領(lǐng)域中，這是一份難得的“機緣”。

在何老師的嚴厲帶教下，他的學習之路雖有坎坷，但學會了怎么去搞科學研究，學會了如何確立科研思路、找準方法，學會了如何腳踏實地、深入現(xiàn)場搞科研。他的心里，欣慰于自己的及時轉(zhuǎn)向，并對導師充滿著深深的敬意，更堅定了自己要干出點“名堂”的決心。

團隊：在當好“巖土醫(yī)生”中壯大

多年來從事巖石力學領(lǐng)域研究的陶志剛，在介紹滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警、發(fā)震斷裂帶活動性監(jiān)測預(yù)警、隧道圍巖大變形控制等方向研究工作時，用“巖土醫(yī)生”這個形象的比喻告訴我們他的工作頗有意義。

在他看來，他現(xiàn)在干的工作就是醫(yī)生干的工作。只不過，醫(yī)生是給人類看病的，而他們是給地球看病的。地球本身是沒有病，但是人類介入后地球的各種病害層出不窮。誘發(fā)滑坡、塌方的人為因素很多，如人工爆破擾動、人工坡腳開挖、坡頂加載等。在何滿潮院士的指導下，陶志剛帶領(lǐng)團隊深入研究一些誘因后總結(jié)出一套給地球看病的方法。當然，醫(yī)生給人類看病是用儀器的，他給地球看病也是要有儀器的。如果一個人的心臟出了問題，醫(yī)生就會給病人加個支架、做個心電圖，其實就是加動態(tài)的脈搏傳感器，以此了解病情。地球也一樣，生病了也需要有相應(yīng)的傳感器傳出病因數(shù)據(jù)。陶志剛他們所做的工作就是要把他們研發(fā)的一套傳感器技術(shù)埋進地球的體內(nèi)，通過傳感器檢測地球是否有病、哪兒有病。通過這種方法，他們就能探測出滑坡什么時候滑、發(fā)震斷裂什么時候活動、隧道什么時候塌方，等等。這種工作與醫(yī)生的工作是一模一樣。

南芬露天鐵礦是亞洲最大的單體露天礦山之一，是我國一座老工業(yè)基地的礦山，有百年的開采歷史。根據(jù)目前探礦儲量來看，未來開采50 年未見底。由于整體邊坡高度約700 多米，滑坡災(zāi)害頻發(fā)，嚴重威脅著采場底部施工設(shè)備、人員的安全。滑坡體下部壓覆礦石1000 多萬噸、價值26 個億。為給國家采出這些礦并創(chuàng)造價值，在何滿潮院士的指導下，陶志剛駐場4 個多月，研制出一種具有恒阻大變形超常力學特性的NPR 錨索材料，這種錨索最大恒阻力850kN，最大變形量2000mm，滿足了滑坡大變形全過程監(jiān)測需求。2010 年到2018 年，“滑坡監(jiān)測預(yù)警項目”在南芬露天鐵礦已完成六期，順利地從科學研究階段邁入工程實踐階段。目前，已成功預(yù)報滑坡災(zāi)害12 次，每次均提前4 至13 小時發(fā)出臨滑預(yù)警信息。成果雖然顯著，但危險常伴其中。不過，無論遇到什么樣的落石或滾石危險，陶志剛都能從容應(yīng)對，他在現(xiàn)場工作和指導從沒有出現(xiàn)過人員傷亡，這是他作為“巖土醫(yī)生”治好地球病的一個特例。

當然，要研發(fā)給地球看病的儀器不是一個人就能完成的，要靠團隊的力量才能實現(xiàn)。他們的團隊是何老師（院士）領(lǐng)導下的一個大團隊。團隊起步很難，沒有儀器，沒有設(shè)備。如今，經(jīng)過20 年的發(fā)展，團隊已慢慢地從一個巖土所發(fā)展到了現(xiàn)在的國家重點實驗室，團隊力量逐年壯大，最明顯的標志就是設(shè)備不斷充實，有了這些儀器設(shè)備，何老師（院士）好多好的創(chuàng)新思想在工作中都能得以實現(xiàn)。第一步從1990 年到2000 年的10 年間是理論研究階段，從2000 年到2008 年的8 年間是集中精力研發(fā)儀器階段，所有儀器都是團隊自主研發(fā)，是標準的“國字號”儀器。這些儀器凝聚了何滿潮院士的心血和他們團隊成員的智慧。

他們的成功，贏得了教育部和科技部的支持，給他們團隊投入了相當數(shù)量的研究經(jīng)費。2008 年至2019 年10 年間，他們根據(jù)科學技術(shù)不斷發(fā)展的規(guī)律進行查漏補缺，在已研發(fā)22 臺儀器的基礎(chǔ)上開始新一輪研發(fā)，一些企業(yè)得知后，主動與他們合作進行難題攻關(guān)研究，形成了目前集20 多項國家（省部）級獎、50 多項發(fā)明專利授權(quán)和300 多名專業(yè)人才的大團隊。

成果：在不畏艱難中跨入先進行列

他對自主創(chuàng)新見解獨到：科研不能沿襲別人，必須要有自己獨創(chuàng)的東西。

當我們?yōu)g覽他近5 年的教學與科研成果時，眼眸被深深地吸引。作為項目負責人，他主持國家自然科學基金項目、中國博士后科學基金項目、浙江省山體地質(zhì)災(zāi)害防治協(xié)同創(chuàng)新中心開放基金、中央高?；究蒲袑ｍ椀? 項；作為骨干人員，他參加國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、北京市自然科學基金項目和浙江省重點研發(fā)項目12 項；作為技術(shù)負責人，他先后完成三峽集團、中煤集團、中國黃金、本鋼、包鋼、武鋼和北京、遼寧、張家口、濰坊、云南等省市地礦局、地震局以及陜西、甘肅國土資源廳、交通廳與新疆水勘院的典型滑坡、發(fā)震斷裂、大跨度隧道大變形災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、控制課題35 項，參與軍工項目2 項。累計發(fā)表的120 多篇學術(shù)研究論文有65 篇被SCI、EI、ISTP檢索。

他作為“軟巖邊坡監(jiān)測預(yù)警實驗分室”和深部巖土力學與地下工程國家實驗室實驗管理部的負責人，與團隊成員一道奮戰(zhàn)在攻克有一定硬度而艱難的科研課題上，取得了一些重大科研創(chuàng)新成果。

被專家鑒定為具有國際先進水平的“恒阻大變形纜索研發(fā)及滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”和“恒阻大變形錨桿（索）研發(fā)及實驗系統(tǒng)”是他們科研團隊智慧的力作。陶志剛作為兩項課題的技術(shù)負責人潛心研究，有力攻克了項目研究中的技術(shù)難題。

據(jù)了解，本溪鋼鐵（集團）礦業(yè)公司南芬露天鐵礦是亞洲最大的單體露天礦山，1999 年以來，在特殊地形和長期礦山開采綜合影響下，造成十多年不能開采的困局，使企業(yè)蒙受重大損失。為了對近千萬噸礦石進行科學回采，保障生產(chǎn)安全，中國礦業(yè)大學（北京）深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室和南芬露天鐵礦的專家、教授和科研人員組成攻關(guān)小組在教育部“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”和本溪鋼鐵（集團）礦業(yè)公司南芬露天鐵礦的共同資助下對此進行專項研究，取得重大創(chuàng)新研究成果，其中，對恒阻大變形纜索進行現(xiàn)場力學特性試驗結(jié)果證明：恒阻大變形纜索具有恒阻特性，即恒阻力可以達到850kN 時，保持恒阻的變形量可達2000mm，填補了國內(nèi)外空白。他們的創(chuàng)新技術(shù)經(jīng)遼寧省南芬露天鐵礦采場下幫邊坡滑動力監(jiān)測預(yù)警工程實踐檢驗，實現(xiàn)了加固-防治-監(jiān)測-預(yù)警一體化的研究目標。鑒定委員會給出結(jié)論：該項成果總體達到了國際領(lǐng)先水平，建議加大推廣應(yīng)用力度，使恒阻大變形技術(shù)在工程實踐中產(chǎn)生更大作用和效益。

恒阻大變形錨桿（索）研發(fā)及實驗系統(tǒng)，主要解決礦山、水利、交通等領(lǐng)域涉及大量洞室圍巖穩(wěn)定性問題，特別是要解決在工程實踐中遇到的大量塌方、巖爆、沖擊地壓等災(zāi)害問題。中國礦業(yè)大學（北京）深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室何滿潮院士帶領(lǐng)攻關(guān)小組對此課題進行專項研究。陶志剛在該課題研究中把所有心思和精力都用在課題技術(shù)設(shè)計、研究和系統(tǒng)攻關(guān)上，2011 年3 月，經(jīng)教育部科技發(fā)展中心專家組鑒定驗收認為，恒阻器設(shè)計原理和結(jié)構(gòu)以及實驗系統(tǒng)研發(fā)達到“國際領(lǐng)先水平”。

科研中遇到困難在所難免。他解決科研攻關(guān)中的困難除了實驗室就是在第一現(xiàn)場。去年，他們接手隧道圍巖大變形支護控制工程，與甘肅長達公司、中鐵隧道集團和中鐵21 局集團合作，遇到最大的問題是軟硬夾層巖體中的鉆進。常規(guī)鉆頭單純打硬巖沒問題，打軟巖也沒有問題，但是遇到軟硬夾層就顯得力不從心。為攻克這一難關(guān)，他在現(xiàn)場連續(xù)住了10 多天，每天觀察施工人員用不同型號鉆頭一個一個試著打孔，仔細地記錄著時間和總進尺，經(jīng)過多次試驗，終于找出既適合硬巖又適合軟巖且質(zhì)量較好的鉆頭，并且確定了最佳的風壓、水壓配比，大大提高了鉆進效率。

他的科研成果不凡，在教學方面也是嚴謹治學。現(xiàn)在擔任4 門本科生的課、1 門研究生的課，每年有150 學時左右，除了備課還要講課，在教學上從不馬虎和懈怠。他堅持本科生導師制，主動教學生如何去搞科研，讓他們有認識、有感知。他支持碩士、博士經(jīng)常出國參加學術(shù)交流，開闊眼界。巖土力學十分辛苦，他寄語學生要“勤奮踏實、坐得住、走得動”，如此，才能學好專業(yè)，服務(wù)社會。

一位追求卓越的教學與科研的人，之所以能夠成果迭出，源于他對科研工作的最深沉的使命感，也源于他有很強的團隊協(xié)作精神。展望明天，陶志剛信心滿滿，他已經(jīng)做好了迎接機遇和挑戰(zhàn)的準備，必將在這條“接地氣”的科研道路上不斷奮進，創(chuàng)造出更大的輝煌業(yè)績。