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馬平:作為前工程師,我認為深圳滑坡事故是這么回事
關鍵字: 深圳滑坡深圳滑坡原因深圳深圳滑坡事故土工工程地質災害受納場深圳滑坡救援還在繼續,有關事故原因的調查也已經開始。作為前工程師,遇到這種和專業相關的事情總忍不住要分析下,至于有沒有道理,還請列位掌眼。
2002年我從同濟土木工程學院畢業,到蘇州交通設計院報到。后勤科一時未騰出宿舍,安排我暫住在專家接待處。我因此和外聘的專家同用一套三室一廳,算是個小小的優待。
那位老工程師的姓名我已經忘了,只記得是50年代蘭州鐵道學院畢業,蘇聯教授訓練的土建干部,在鐵道部設計院干到退休,走遍了中國一半以上的縣區。他平時除了抽煙沒啥愛好,但很喜歡談論專業問題當消遣,算是個“脫離低級趣味”的技術精英。我到單位報道的第二天就被前輩考較了一番:
“你說說,土建方面咱們最不了解的東西是什么?”
我誠惶誠恐地回憶了一會兒,想想需要日本專家支持才敢修的大跨度鋼索斜拉橋(當時),想想考分一塌糊涂的鋼結構課,想想如聽天書的計算結構力學。壯著膽回答:
“是高強度鋼材?”
前輩失望地搖搖頭:
“鋼材這么可控的材料,都是工廠制成的,怎么能說不了解呢?你們當學生的覺得鋼結構難做,但這才說明咱們對它研究的透啊!否則怎么敢拿它做那么復雜的結構?”
我似乎開悟了:
“按這個推論,結構最簡單的材料才是我們最不了解的東西?那就是……”
前輩噴了一個煙圈,笑容里露出了“孺子可教”的意思:
“對了,就是土……你小子還算對得起你的學校。”
現在,我離開土木工程行業眼看要十年了,許多技術細節都忘了個干凈,但老專家的一番教誨至今記憶猶新。上周看到深圳這個中國技術最發達的準一線城市出現大滑坡,我立刻想起了當年煙圈后面詭異的笑容。
言歸正傳,老專家的話通俗來講,就是土并非可以精確預測的材料。大體積的土既不是有穩定形狀的固體,也不是四處流動的液體。世上有矗立幾十米,在攻城武器反復破壞下不倒的夯土城墻,有可以挖大跨度窯洞的黃土坡;也有咆哮奔騰的泥石流和暗藏殺機的流沙。在兩個極端之間,就是我們日常見到的土——但我們很難確定眼前的土處于什么狀態,也不知道它會變到什么狀態,甚至不知道土的這一部分和另一部分是不是處于同一狀態。
這就給土木工程出了難題。因為土壤無所不在,就算沒有丘陵山地,建筑也必須把地基扎入土層。在土力學研究者眼中,我們根本不是住在堅實的地面上,而是住在一塊大果凍的表面。如果我們無視土的變形和移動,整個城市必然會一場大雨后變成廢墟;如果我們不利用土的穩定性,把所有地基都打到基巖,把身邊所有的土丘都挖平,建筑成本恐怕會上升到今天的十倍不止。總之,在住不起房子和住不穩房子之間,我們必須取一個妥協的平衡點。
最理想的解決方案當然是精心測算各處土的性質,然后為不同穩定性的土配上不同的安全措施。但是——正如老工程師畢生經驗的總結——我們對土的性質知之甚少,千萬別以為我們有一套精確的理論去應付不同的土方。迄今為止,絕大多數常用土力學公式的基礎還是經驗。不僅學生會困惑,就連專業的大學教授也會為此糾結:
所以,一般情況下,工程師的目標并不是搞清楚“這個山坡下發生了什么”,而是根據各種經驗,找出一堆土最可能出現變形的地方,然后對最危險的破壞面進行處理,至少也要積極監測這個破壞面。一旦出現問題,能補救則補救,不能的話……提醒大家趕緊逃吧。
具體到深圳滑坡事件,我不想多介紹那些當年就不甚理解的經驗公式。但我可以盡量通俗簡陋地說一下原因:
通常,在足夠大的土體中,土壤的受拉能力意義不大,就是土壤彼此“粘”在一起的形態并不穩定,同時我們認定剪切破壞是最主要的破壞形式,土壤承受剪切力的能力決定了土壤的穩定性。所謂剪切力,就是讓物體“錯位”的力量。在一個平面上,上面的部分被向左推,下面的靜止或者相對向右,這就產生了剪切力。
比如說在上面的圖中,兩個機械零件有分別向左右運動的趨勢,中間的鉚釘把他們穿在一起,就要承受兩個零件傳來的剪切力。我們把兩個零件想象成土層,就能理解土壤中間存在的剪切力。土壤承受最大剪切力,最薄弱的面,往往就是最危險破壞面。一般來說,土坡的滑動面接近弧形,即“最危險滑動弧”。找到這個弧面,我們就能估算土坡的危險程度。
上面這個圖是我在網上隨便搜的,但比較形象,下面的說法更抽象,更準確一些:
總之,對于大多數土坡,我們要做的就是找到這樣一個弧面,估算這個弧面什么時候承受不了剪切力出現滑動。注意,在出現滑動的時候,土壤總體上還保持著固體形態,含水量遠不足以變成泥石流。只是在危險弧面上無法再承受剪切力,弧面上的粘土從牢固的雙面膠變成了滑潤的軌道,導致弧面上方的土體出現整體旋轉,在弧面的最低點把成千上萬噸的半固體土壤“滑”出去。這就是滑坡中“滑”字的來源。
再簡化一點,我們可以把坡上的土體想象成一摞套起來的瓷碗。
本來碗之間的摩擦力足以保證最上面的碗保持傾斜狀態,即土體保持靜止。但如果我們不斷地在碗里加米,同時在碗的下面倒油,最終重力引發的剪切力越來越大,摩擦力越來越小(因為倒油),碗是一定會傾倒的,這就是深圳的滑坡。
上圖的右圖俯瞰了這個危險弧面,原本在弧面里的土壤被推到了圖片的上方,用超越洪水的力量推倒樓房,再把樓房覆蓋在土層下面。
衛星圖再放大,可以清晰地看到這個“碗”。
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- 責任編輯:小婷
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