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来源：《科学中国人》 2015年第10期
本刊记者 倪 萍
专家简介：
胡黎明，清华大学水利系副教授、博士生导师，水沙科学与水利水电工程国家重点实验室特聘研究员，从事土力学与环境岩土工程领域的教学与科研工作。共发表学术论文100余篇，授权国家发明专利7项。曾经获得2013年度国家技术发明奖一等奖，以及省部级奖励多项。2005年入选北京市科技新星计划，2007年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2014年获得清华大学青年教师最高学术荣誉。曾应邀12次在国际和国内学术会议上作大会特邀报告；负责组织10余次国际国内学术会议；在国内外岩土工程学术团体担任重要职务。
土地是万物之母。诗人眼中的土地是有生命的，胡黎明对这片土地更是充满了深深的忧思。近年，随着工业化、城市化规模的扩大，环境污染日趋严重，土地却成为污染传递的集中区域。因此，消除污染、修复环境成为时代所需。
“岩土工程学科不仅要解决工程建设问题，还应与当今环境发展问题相结合，修复环境、减轻污染，这是学科发展的长久之计。”胡黎明告诉记者，自己目前的研究视线聚焦于环境岩土工程问题。
清华启航
从工程建设到环境修复
与清华结缘，纯粹理想使然。“我从小就很向往清华”，怀揣着对清华大学的向往，胡黎明通过勤奋努力，在1990年如愿就读清华大学水利水电工程系。直到2000年，他用10年时间收获了水工建筑与环境工程双学士学位，岩土工程硕士、博士学位。土木、水利与环境的多学科背景也为他今后的环境岩土工程研究打下了坚实基础。2002年，在香港科技大学土木工程系完成博士后研究工作之后，他回归清华校园，从此开始了案头科研、讲台执鞭的教学与科研生涯。
土是由地球表层岩石经历物理、化学、生物风化作用以及搬运、沉积作用在自然环境中所形成的碎散性堆积物。与“土”打交道多年，他对这位“老伙计”感情深厚。“粘土、砂子、碎石等，我们都称作土”，胡黎明这样解释自己的研究对象。小时候，他对司空见惯的“土”就有着莫名兴趣。清华岩土工程专业领域学习熏陶，为他打开了一片崭新的土世界。
1995年开始攻读博士学位的胡黎明认识到建筑结构与土体间接触面力学特性的重要性，在导师的指导下，全面展开了相关领域研究资料的收集与分析工作。之后，胡黎明系统开展了土与结构物接触面力学特性的试验研究、理论分析与数值模拟工作。
上世纪90年代，中国的实验室条件异常简陋，需要从基础的实验设备设计开始。当时数码照相技术刚刚兴起，胡黎明与导师一道，提出宏微观观测相结合的试验方法，结合数字图像分析接触面附近土颗粒运动特征和应变局部化规律。在试验基础上提出接触面临界相对粗糙度的概念，并发展接触面本构模型、开发数值模拟软件分析土与结构相互作用，广泛应用于水利、土木、交通等领域，创造了科研与社会双重价值。
近年，随着水利学、环境科学等交叉学科的快速发展，土力学领域新的研究热点也随之出现。“传统土力学研究多着眼于岩土工程的工程力学特性，但土环境中存在各种物质和相互作用，是一个多场耦合的复杂系统”。针对国家可持续发展与环境修复的重大需求，胡黎明瞄准土壤污染和地下水修复问题开展研究，力促基础理论发展和技术升级变革。他把“污染场地修复技术”作为研究重点，集中到“土颗粒-孔隙流体-环境物质相互作用”这一科学问题上，探求土壤污染机理，开发修复技术从而消除污染，开启了环境岩土工程的科研征程。经过十余年的努力，胡黎明带领的研究团队开展了物理模型试验、数值模拟分析等研究工作，并成功研发多项污染场地修复技术，应用于工程实践。
由此，在他眼里与“土”有关的研究点并非只有“力学”这一特征，而是转变成一个环境生态系统的动态研究。
投身科研
实践应用与基础理论并重
得益于国家对科技工作的重视和清华大学宽松自由的科研环境，胡黎明的科研工作进展相当顺利。
在博士论文研究的基础上，胡黎明带领研究生深入开展土与结构接触面研究，开发了系列物理模型试验装置和测试技术，完善理论和数值计算模型。同时成功研制基于压电陶瓷弯曲单元的新型无损测试系统，用于实时快速测定土体力学参数，实现了设备的轻型化和自动化，获得国家发明专利授权。研究成果在土石坝工程、海洋岩土工程和尾矿坝工程中得到广泛的实践应用。
电渗加固技术对于软弱岩土材料的脱水固结具有快速高效的特点，在地基处理、污染土修复等方面具有独特优势。胡黎明指导研究生自主研发软土电渗固结与电动力学修复系列物理模型试验系统，通过大量试验探求电渗过程中土体物理力学电学特性参数变化规律，在国际上首次提出多场耦合的非线性电渗固结理论。研究成果在岩土领域国际顶级期刊发表系列论文，并应邀在2013年黄文熙讲座学术报告会做大会报告。
从博士后研究工作开始，胡黎明踏入了刚刚兴起的环境岩土工程研究领域。他在中国大陆率先开展污染物运移与场地修复的离心模型试验工作，研制自动控制和样品采集的模型试验设备，开发测试污染物浓度时空变化的实时图像采集分析系统，发展多相渗流过程的离心模型相似准则。把工程实际的场景“搬”到实验室，通过系统的模型试验研究，揭示了地下系统中污染物运移过程和原位修复的物理机理。
微纳米气泡是近年来兴起的新型技术，气泡粒径小、内压大、气体传质效果好，可以大幅提高水体中的气体溶解量。胡黎明看到了该技术在污染地下水修复领域的应用潜力，带领学生开展科研攻关，开发试验系统观测到微纳米气泡的运动特征，探究微纳米气泡在多孔介质中的输移特性和增效修复机理。经过多年的研究，提出具有自主知识产权的微纳米气泡增效原位修复创新技术，获得授权国家发明专利2项，并获国际PCT发明专利。
“宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来”。科研生涯的奋斗终于迎来了收获的季节。2013年，胡黎明作为主要完成人之一的“大型结构与土体接触面力学试验系统研制及应用”项目获得国家技术发明奖一等奖。胡黎明领导的“土壤地下水污染处理及场地生态修复的环境岩土工程技术与应用”研究获得了2014年湖北省科技进步奖二等奖。
技术创新是工程研究的核心。然而，在技术创新之外，胡黎明逐渐意识到基础理论研究的重要性。土体是一个复杂系统，颗粒与孔隙流体、环境物质存在强烈的相互作用，对土体的环境生态功能至关重要，对渗流与力学特性也有显著影响，而其微观过程的研究并没有得到充分重视。基于此，胡黎明开展了岩土材料微观特性测试工作，采用环境扫描电镜(ESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(X R D)等手段测试土体孔隙结构特征、颗粒微观结构和矿物成分，分析土颗粒表面双电层特征，探讨土体在复杂多场相互作用条件下的材料特性及其时空变化规律。基于不同类型岩土材料的孔隙结构特征，建立孔隙空间网络理论模型，在孔隙尺度反映多相渗流和物质运移传质过程，并应用于污染地下水原位修复过程的模拟分析。这项研究工作获得2012年美国土木工程师学会环境与水资源分会理论类最佳论文奖。
诚然，基础理论研究与工程实践应用还是有一定的差距，但他相信通过多学科交叉协作，一定可以认识和把握岩土工程实践中的共性基础科学问题。目前，胡黎明正尝试将孔隙网络模型推广至新兴的能源岩土、海洋岩土、环境岩土等领域，初步的研究成果已经发表于《自然》出版集团的在线期刊。
峥嵘岁月20年，他由初入科研大门的青年学生成长为独挡一面的科研将才。凭借科研领域中的卓越贡献，2014年胡黎明获得清华大学青年教师最高学术荣誉——“学术新人奖”。
教书育人
由学术新星到资深导师
执教十余年来，未离开过他喜爱的科学研究，也从未离开他热衷的教育工作。胡黎明担任国家级精品课程《土力学》的主讲教师，还结合自己的研究工作为研究生开设《环境岩土工程》课程。在教学过程中关注学科研究前沿和发展趋势，同时注重现代教育技术手段的应用，主持开发多门网络多媒体课程，在全国范围均有较大影响。胡黎明设立数十项清华大学学生研究训练(S R T)项目，培养本科生的研究兴趣，指引他们踏入科研之门。
谈及对研究生的培养，他自成一套“胡氏教育”方法。
“我对他们要求很严格”，他认为自己是个“很严厉”的导师。每招收一名学生，他都会跟每个人深谈，了解他们的性格特点和工作能力，由此大致判断每个学生的未来发展方向，给他们的事业规划提供建议。“根据他们的研究兴趣抑或事业发展来确立科研课题”，这是“因材施教”。在他的学生眼里，作为导师的胡黎明“很有权威”，但胡黎明表示，“在学术科研面前，我们可以平等讨论”，“我非常喜欢能够质疑我的学生”，撇开师生关系，在科研工作中，胡黎明始终认为大家是一个团队。
在研究生基本科研素质培养方面，胡黎明对学生特别严厉。“我会要求他们先熟练掌握岩土工程研究的基本试验技能”，“必须有足够扎实的理论知识，才能在后期的研究过程中取得创新性成果”。这也是胡黎明多年海外游学做科研的心得，“在国外，无论是欧美还是日本，研究人员的基础知识功底普遍非常扎实，动手能力很强”。
当然，合作再默契的团队也有遇到困难的时候。“科研怎么会没有困难？科研就是为了解决困难、发现新知识”，面对学生的苦恼，胡黎明这样教导。作为一名岩土工程学科的博士生导师，他的涉猎范围却不局限于此，环境、水利、材料、化学、生物等各个学科领域前沿的科研“工具”他都有兴趣。“科研思想是共通的，可以尝试用其它学科的研究工具来处理我们面对的科研难题”，胡黎明认为，在他们团队目前的实验研究中，利用很多其它领域新兴的测试手段，“效果还不错”。
所谓严师出高徒。迄今为止，胡黎明指导的15名硕士研究生，均以优异成绩毕业。指导的6名博士研究生，2名已经毕业。他们曾4人次获得国家奖学金，以及北京市优秀毕业生、清华大学优秀博士毕业生称号。“我的学生对科研拥有极大的热情”。桃李不言，下自成蹊。谈起这些得意门生，胡黎明流露出自豪。
任重道远
教学科研与学科建设同在
目前，胡黎明承担着繁重的教学与科研工作，他笑称“忙并快乐着”。“教师的首要职责是教书育人”，他每年承担3门课程近百学时的教学工作，指导十余名研究生和本科生。目前胡黎明正在主持3项国家自然科学基金项目，还承担1项“973”的科研项目，“现在是满负荷运转”。胡黎明还担任清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室环境岩土与地下水修复研究中心主任，时刻坚守在学术前沿与学科建设第一线。肩头的担子日益加重，可在他看来，那是一种动力。
胡黎明认为国际学术交流是科研工作不可或缺的重要一环。站在国际的前沿方能看到自身的位置，为此，他积极推动国际间合作交流。早在2004年，胡黎明就成功申请到欧盟“Asia-Link”大型国际合作项目，作为总负责人领导清华大学和欧洲两所高校开展环境岩土工程领域的学术交流与科研合作工作。
A s i a-L i n k项目由欧盟资助，面向欧亚各国在所有自然科学和社会科学领域招标43项，胡黎明有幸成为中国领导的7个项目之一的负责人。借助参与国际学术合作项目的经验与自身影响力，通过教师互访、学生交换、合作研究和课程建设等学术活动，成功建立了国际学术交流平台，提升了国际学术交流能力。游历过欧洲、北美、日本等多个国家地区的胡黎明，对国外的科研工作甚为熟悉。“国内的研究水平并不低，我们是团队作战”，他认为，“但我们的思想还需要再开放一些”，一谈及科研话题，胡黎明总是很兴奋。
胡黎明担任中国土木工程学会土力学及岩土工程分会的青年工作委员会主任，数次组织多种形式的学术交流活动，为推动学术繁荣殚精竭虑。2009年至2011年间，他还担任国家自然科学基金委《水利科学与海洋工程学科“十二五”发展战略规划》研究工作组学术秘书；2011年以来一直担任中国科学院与国家自然科学基金委员会《中国学科发展战略-水利科学与工程》专家组学术秘书；参与两部著作的出版工作。
用成果彰显科技力量，用笔纸引导科研脚步。让人类感受到科技带来的社会改变，是科研工作者的使命。解决当前岩土污染问题，为人类打造一个更加洁净的生存环境，也正是胡黎明这样的科研工作者孜孜以求的科研命题。
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