工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

康熙、雍正、乾隆祖孙三代,为何一定要消灭准噶尔汗国?

特别声明:本文为新华网客户端新媒体平台“新华号”账号作者上传并发布,仅代表作者观点,不代表新华号的立场及观点。新华号仅提供信息发布平台。 准噶尔汗国是以今伊犁河谷为统治中心,在最强盛的时候几乎与清朝达成东西并列的对峙格局,甚至不客气地说,在

我们从未停下探索的脚步

从数百万年前人类学会行使工具

到现现在我们上天、下海、入地

我们不停地生长着工程手艺

同时

也不停地失败着

然而

正是一次次的失败

才带来了现在的绚烂

铭刻失败,才气走得更远

让我们细数一下

人类历史上失败的大型工程项目

意大利瓦伊昂大坝(Vajont Dam)

二战竣事后,意大利逐渐从战争的阴霾中走出,基础建设、民生、经济生长都逐渐进入高速生长时期。

那时电力是制约生产能力的一大障碍,意大利北部都会用电需求与日俱增,确立一座大容量的水力发电站成为北部都会首要任务。后经工程师多方考察,瓦伊昂峡谷依附其狭长的地形,而且位于阿尔卑斯山区,冰川融水十分厚实等得天独厚的优势成为了兴建水坝的绝佳选择。略有瑕疵的是:

①选定坝址左岸存在一古滑坡。

②瓦伊昂此处的地层岩性是石灰岩与粘土岩互层,粘土层遇水后易膨胀酿成软弱夹层,导致滑坡。

然则勘探职员提出的上述平安隐患并未获得重视。1956年大坝最先施工,但在施工还不到一年时,意大利决策者决议将大坝用途改为核电站配套服务的抽水蓄能电站,将原定230m的设计高度增至262m,库容也到达初始设计的3倍,约1.65亿立方米。

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直到1960年完工,最先注水实验,水位上升时,大坝左岸泛起了长达2km的拉张裂痕。

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一月后,大坝左岸发生岩质滑坡,约70万m3的滑坡体滑入水库,涌起10m高浪。工程师研究后得出,是由于水位上升,导致山体层间滑动,水位上升速率与滑坡生长显著相关,故工程职员决议通过控制注水速率,控制滑坡缓慢滑入水库。

蓄水初期,减缓注水速率后,似乎乐成控制了滑坡位移。

然则!次年8月,位移速率却反常延续增添,甚至增至3.5cm/day,但此时降低水位为时已晚。

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9月28日,延续大雨,雨水渗入山体,层间摩擦再度降低,山体位移速率已增至20cm/day,水质也变得混浊。

1963年10月9号22点39分,灾难,照样发生了!

约莫2.6亿立方米滑坡体以110km/h速率突入水库,填满了靠近1800m长的库段。甚至,部门山体上推至劈面140m,整个历程仅用了45秒。

山体滑入引起了高达250m的巨浪,肆虐着瓦伊昂上下游的乡村,许多人在睡梦中还来不及反映,就已然被洪水所吞没,这场灾难中2000余人丧生。

作为大坝,仅坝顶稍微受损,整体经受住了伟大的打击荷载,制止由于泥石流所引起的二次伤亡,其结构稳定性显然是乐成的。

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(橙色、绿色区域划分为第一、二次滑坡影响区域)

作为电站,瓦伊昂还没来得及给北部都会供电就被滑坡体泥浆填满了,是彻头彻尾的失败。

留给意大利以及天下的,是凄惨的教训以及反思!

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北宋三易回河

我国光耀历史星河有许多浩荡的民生工程,例如京杭大运河、都江堰等。但也有一些令人扼腕叹息的失败工程,其中北宋时期三易回河尤为之甚。

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《宋史河渠志》中言道:黄河自昔为中国患,故虎牢迤东距海口三二千里,恒被其害,宋为特甚,由不能顺其就下之性以导之故也。

北宋黄河改道的历史背景大致如下:

黄河由于自然地质条件改变以及人为影响,历经千百年的冲刷、泄流,使得黄河故道聚积了大量泥沙,致使原有河流堵塞逐渐生长为地上河,最终导致黄河改道。

北宋初期,正好历经黄河改道的自然现象,造成了一定水平的水灾。然而宋朝统治者却心生疑虑,黄河故道流经汴梁城北,可以作为宋朝首都天堑,有用阻止契丹人南下进攻,但若黄河一直改道,对于契丹人而言,天堑变通途,朝野危矣!

因此,黄河改道设计就此最先了。

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第一次是宋仁宗年间,设计将黄河改道六塔河东流。欧阳修力谏仁宗:“全河东注,必横溃泛滥,齐、博、德、棣、滨五州之民皆为鱼鳖食矣”。但宋仁宗执意改道,其效果是1056年“宋朝塞商胡北流,入六塔河,不能容,是夕复决,溺兵夫、漂刍藁不能胜计”,河北军事重镇损失惨重。

第二次是宋神宗年间,据历史纪录,王安石建议继续实行回河工程,其效果若何?黄河夺淮入海,洪灾泛滥,“凡灌郡县四十五,而濮、齐、郓、徐尤甚,坏田逾三十万顷”。苏轼评价此工程为“汝以有限之材,兴必不能成之役;驱无辜之民,置之必死之地。横费之财,犹可力补,而既死之民,不能复生”。二易回河导致在北起海河,南至淮河这个区域,形成了严重的洪泛区。

第三次是宋哲宗年间,他希望能一改前人败绩,直接让黄河回归故道,但效果也十分惨烈。1099年,黄河再度决堤,引起特大洪水,甚至将山上禹庙都冲毁了,宋哲宗哀叹:“元符二年之水,三门开元所建「圣德颂」并大历年重修「禹庙」皆在山顶,悉遭漂没。盖自开元、大历以来,水未有云云之大,非堤之过也”

经由宋朝三位君主的黄河改道工程,致使河北、山东、苏北等地经济遭受重创,最直接的影响就是作为宋朝抵御契丹的军事重镇河北,战斗能力严重不足,后金兵长驱南下,如入无人之境。

某种意义上来说,三易回河工程加速了宋朝的覆灭,发人深思!

基督救世主大教堂

基督救世主大教堂,高103米,教堂正经而优雅的矗立在莫斯科河畔,内部金碧绚烂,威严壮观,然则她却有着一段曲折的兴建史。

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该教堂始建于1812年,为了纪念俄国人民乐成抵御拿破仑进攻而建,主体结构于1860年基本完工。内壁巧夺天工的壁画和雕塑的精雕细琢就用了20余年,耗费了伟大的人力财力,其历史价值不能估量,但她接下来的遭遇却令人唏嘘。

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1917年,俄国发作“十月革命”,沙皇统治被推翻,苏联成立了,斯大林决议炸毁基督救世主大教堂。

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取而代之制作苏维埃宫殿作为地标性修建,为了体现天下第一,该宫殿设计高度约415米。

然则天公不作美,设计实行后,先后遭遇了地基缺陷、饥荒、战争等问题,苏联百废待兴,苏维埃宫殿设计只得弃捐,经年累月无人维护,变得萧瑟荒颓。

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赫鲁晓夫上任以后,决议将废弃修建行使起来,改建成了一个露天泳池,直径130多米,深6米,可供万人同时游泳,也可谓一“奇景”。

1992年苏联解体后,俄罗斯又决议重修大教堂。在大量社会捐助的基础上,终于在2000年,基督救世主大教堂又重新矗立在了莫斯科河畔,但内饰的优美水平和文化价值都难以与原教堂比肩。

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兜兜转转,却又回到了原点,甚至还有所倒退,基督救世主大教堂真是生不逢辰。

魁北克大桥&塔科马海峡大桥

(Quebec&Tacoma Bridge)

桥梁在人类历史上的生长代表了生产力的改变,从最原始的独木桥,到石桥,再到钢混结构桥梁,现代桥梁的生长已经到达了十分成熟的阶段,但正所谓失败是乐成之母,正是前人一次次试探,才有了现在的绚烂。

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先说魁北克大桥,魁北克大桥是一座铆接钢桁架悬臂梁桥,位于加拿大魁北克市,全长987米,宽29米。

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1907年夏,魁北克桥梁公司现场工程师Norman McLure最先注重到了桥梁主结构构件形变量不停增添,多次向该公司照料工程师Theodore Cooper反映这一问题。最终,Cooper也确认工程存在严重问题,发电报要求施工方不要再往桥面增添荷载。然而就在8月29日下昼,两人还未来得及将新闻传递给施工方,魁北克大桥南部悬臂和中央部位发生了坍塌,在15秒内所有坠入圣劳伦斯河,造成桥上的86名工人中75人丧生,11人受伤,成为了那时天下上最严重的桥梁工程事故。

1916年,桥梁中段主跨在吊升安装的历程再次垮塌,又造成13名工人丧生,该阴霾很长一段时间笼罩着加拿大工业界,后经研究职员确认,钢结构设计有严重缺陷,高估了结构的承载能力。

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1922年,加拿大的七大工程学院决议将桥梁废弃钢材打造成戒指,发给每年从工程系结业的学生作为警示,为了体现代表桥梁坍塌残骸,戒指被设计成被扭曲的钢条形状。于是,这一枚枚戒指就成为了厥后在工程界著名的工程师之戒(Iron Ring)。

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再看塔科马海峡大桥,建成通车于1940年7月,坍毁于1940年11月,仅仅存在了4个月,此次坍塌事宜,被列为「20世纪最严重的工程设计错误之一」,直接缘故原由是8级大风导致吊桥吹垮。看上去似乎难以想象,大桥竟然能被戋戋8级风吹垮。

厥后经由研究职员的模拟测试,得出了结论,导致大桥坍毁的元凶是——卡门涡街。

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卡门涡街:在一定条件下的定常流动绕过某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转偏向相反、并排列成有规则的双列线涡。最先时,这两列线涡划分保持自身的运动前进,接着它们相互滋扰,相互吸引,而且滋扰越来越大,形成非线性的涡街。倘若涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合,还会泛起共振。

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由于大桥制作时采用了过轻物料,引发了共振,最终致使大桥坍塌,此次事宜在桥梁史上意义特殊,空气动力学成为制作桥梁的一个主要思量参数。

魁北克大桥&塔科马海峡大桥在制作时期都靠近那时的手艺极限,但失败的缘故原由划分是由于对结构和风振问题熟悉不充分,后续修复新建的大桥都平安延用至今。

后记

失败并不能怕,恐怖的是不知为何而败,人类工程制作史可以说是充满着失败的例子,但正是这一次次失败后的再实验,才推动了人类工业手艺的不停前进!

图片来源于网络

参考文献:

[1]钟立勋.意大利瓦依昂水库滑坡事宜的启示[J].中国地质灾害与防治学报,1994(02):77-84.

[2]李著,王景.西奥多库珀——魁北克大桥失事记[J].工程力学,1997(04):139-144.

[3]廖寅.首都战略下的北宋黄河河流变迁及其与京东社会之关系[J].中国历史地理论丛,2019,34(01):5-14.

美编:黄紫薇

校对:张 崧

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