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                    工程反思錄 細數人類歷史上失敗的大型工程

                    我們從未停下探索的腳步

                    從數百萬年前人類學會利用工具

                    到現如今我們上天、下海、入地

                    我們不斷地發展著工程技術

                    同時

                    也不斷地失敗著

                    然而

                    正是一次次的失敗

                    才帶來了如今的輝煌

                    銘記失敗,才能走得更遠

                    讓我們細數一下

                    人類歷史上失敗的大型工程項目

                    意大利瓦伊昂大壩(Vajont Dam)

                    二戰結束后,意大利逐漸從戰爭的陰霾中走出,基礎建設、民生、經濟發展都逐漸進入高速發展時期。

                    當時電力是制約生產能力的一大障礙,意大利北部城市用電需求與日俱增,建立一座大容量的水力發電站成為北部城市首要任務。后經工程師多方考察,瓦伊昂峽谷憑借其狹長的地形,并且位于阿爾卑斯山區,冰川融水十分豐富等得天獨厚的優勢成為了興建水壩的絕佳選擇。略有瑕疵的是:

                    ①選定壩址左岸存在一古滑坡。

                    ②瓦伊昂此處的地層巖性是石灰巖與粘土巖互層,粘土層遇水后易膨脹變成軟弱夾層,導致滑坡。

                    但是勘察人員提出的上述安全隱患并未得到重視。1956年大壩開始施工,但在施工還不到一年時,意大利決策者決定將大壩用途改為核電站配套服務的抽水蓄能電站,將原定230m的設計高度增至262m,庫容也達到初始設計的3倍,約1.65億立方米。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    直到1960年完工,開始注水實驗,水位上升時,大壩左岸出現了長達2km的拉張裂縫。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    一月后,大壩左岸發生巖質滑坡,約70萬m3的滑坡體滑入水庫,涌起10m高浪。工程師研究后得出,是由于水位上升,導致山體層間滑動,水位上升速度與滑坡發展顯著相關,故工程人員決定通過控制注水速度,控制滑坡緩慢滑入水庫。

                    蓄水初期,減緩注水速度后,似乎成功控制了滑坡位移。

                    但是!次年8月,位移速度卻反常持續增加,甚至增至3.5cm/day,但此時降低水位為時已晚。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    9月28日,連續大雨,雨水滲入山體,層間摩擦再度降低,山體位移速度已增至20cm/day,水質也變得渾濁。

                    1963年10月9號22點39分,災難,還是發生了!

                    大約2.6億立方米滑坡體以110km/h速度沖入水庫,填滿了接近1800m長的庫段。甚至,部分山體上推至對面140m,整個過程僅用了45秒。

                    山體滑入引起了高達250m的巨浪,肆虐著瓦伊昂上下游的村莊,許多人在睡夢中還來不及反應,就已然被洪水所吞沒,這場災難中2000余人喪生。

                    作為大壩,僅壩頂輕微受損,整體經受住了巨大的沖擊荷載,避免由于泥石流所引起的二次傷亡,其結構穩定性顯然是成功的。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    (橙色、綠色區域分別為第一、二次滑坡影響區域)

                    作為電站,瓦伊昂還沒來得及給北部城市供電就被滑坡體泥漿填滿了,是徹頭徹尾的失敗。

                    留給意大利以及世界的,是慘痛的教訓以及反思!

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    北宋三易回河

                    我國燦爛歷史星河有許多浩大的民生工程,例如京杭大運河、都江堰等。但也有一些令人扼腕嘆息的失敗工程,其中北宋時期三易回河尤為之甚。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    《宋史河渠志》中言道:黃河自昔為中國患,故虎牢迤東距海口三二千里,恒被其害,宋為特甚,由不能順其就下之性以導之故也。

                    北宋黃河改道的歷史背景大致如下:

                    黃河由于自然地質條件改變以及人為影響,歷經千百年的沖刷、泄流,使得黃河故道堆積了大量泥沙,致使原有河道堵塞逐漸發展為地上河,最終導致黃河改道。

                    北宋初期,恰好歷經黃河改道的自然現象,造成了一定程度的水災。然而宋朝統治者卻心生疑慮,黃河故道流經汴梁城北,可以作為宋朝都城天塹,有效阻止契丹人南下進攻,但若黃河一直改道,對于契丹人而言,天塹變通途,朝野危矣!

                    因此,黃河改道計劃就此開始了。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    第一次是宋仁宗年間,計劃將黃河改道六塔河東流。歐陽修力諫仁宗:“全河東注,必橫潰泛濫,齊、博、德、棣、濱五州之民皆為魚鱉食矣”。但宋仁宗執意改道,其結果是1056年“宋朝塞商胡北流,入六塔河,不能容,是夕復決,溺兵夫、漂芻藁不可勝計”,河北軍事重鎮損失慘重。

                    第二次是宋神宗年間,據歷史記載,王安石建議繼續實施回河工程,其結果如何?黃河奪淮入海,洪災泛濫,“凡灌郡縣四十五,而濮、齊、鄆、徐尤甚,壞田逾三十萬頃”。蘇軾評價此工程為“汝以有限之材,興必不可成之役;驅無辜之民,置之必死之地。橫費之財,猶可力補,而既死之民,不可復生”。二易回河導致在北起海河,南至淮河這個區域,形成了嚴重的洪泛區。

                    第三次是宋哲宗年間,他希望能一改前人敗績,直接讓黃河回歸故道,但結果也十分慘烈。1099年,黃河再度決堤,引起特大洪水,甚至將山上禹廟都沖毀了,宋哲宗哀嘆:“元符二年之水,三門開元所建「圣德頌」并大歷年重修「禹廟」皆在山頂,悉遭漂沒。蓋自開元、大歷以來,水未有如此之大,非堤之過也”

                    經過宋朝三位君主的黃河改道工程,致使河北、山東、蘇北等地經濟遭受重創,最直接的影響就是作為宋朝抵御契丹的軍事重鎮河北,戰斗能力嚴重不足,后金兵長驅南下,如入無人之境。

                    某種意義上來說,三易回河工程加速了宋朝的覆滅,發人深思!

                    基督救世主大教堂

                    基督救世主大教堂,高103米,教堂端莊而優雅的矗立在莫斯科河畔,內部金碧輝煌,威嚴壯觀,但是她卻有著一段曲折的興建史。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    該教堂始建于1812年,為了紀念俄國人民成功抵御拿破侖進攻而建,主體結構于1860年基本完工。內壁巧奪天工的壁畫和雕塑的精雕細琢就用了20余年,耗費了巨大的人力財力,其歷史價值不可估量,但她接下來的遭遇卻令人唏噓。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    1917年,俄國爆發“十月革命”,沙皇統治被推翻,蘇聯成立了,斯大林決定炸毀基督救世主大教堂。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    取而代之建造蘇維埃宮殿作為地標性建筑,為了體現世界第一,該宮殿設計高度約415米。

                    但是天公不作美,計劃實施后,先后遭遇了地基缺陷、饑荒、戰爭等問題,蘇聯百廢待興,蘇維埃宮殿計劃只得擱置,經年累月無人維護,變得蕭瑟荒頹。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    赫魯曉夫上任以后,決定將廢棄建筑利用起來,改建成了一個露天泳池,直徑130多米,深6米,可供萬人同時游泳,也可謂一“奇景”。

                    1992年蘇聯解體后,俄羅斯又決定重建大教堂。在大量社會捐助的基礎上,終于在2000年,基督救世主大教堂又重新矗立在了莫斯科河畔,但內飾的精美程度和文化價值都難以與原教堂比肩。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    兜兜轉轉,卻又回到了原點,甚至還有所倒退,基督救世主大教堂真是命途多舛。

                    魁北克大橋&塔科馬海峽大橋

                    (Quebec&Tacoma Bridge)

                    橋梁在人類歷史上的發展代表了生產力的改變,從最原始的獨木橋,到石橋,再到鋼混結構橋梁,現代橋梁的發展已經達到了十分成熟的階段,但正所謂失敗是成功之母,正是前人一次次摸索,才有了如今的輝煌。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    先說魁北克大橋,魁北克大橋是一座鉚接鋼桁架懸臂梁橋,位于加拿大魁北克市,全長987米,寬29米。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    1907年夏,魁北克橋梁公司現場工程師Norman McLure開始注意到了橋梁主結構構件形變量不斷增加,多次向該公司顧問工程師Theodore Cooper反映這一問題。最終,Cooper也確認工程存在嚴重問題,發電報要求施工方不要再往橋面增加荷載。然而就在8月29日下午,兩人還未來得及將消息傳遞給施工方,魁北克大橋南部懸臂和中心部位發生了坍塌,在15秒內全部墜入圣勞倫斯河,造成橋上的86名工人中75人喪生,11人受傷,成為了當時世界上最嚴重的橋梁工程事故。

                    1916年,橋梁中段主跨在吊升安裝的過程再次垮塌,又造成13名工人喪生,該陰霾很長一段時間籠罩著加拿大工業界,后經研究人員確認,鋼結構設計有嚴重缺陷,高估了結構的承載能力。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    1922年,加拿大的七大工程學院決定將橋梁廢棄鋼材打造成戒指,發給每年從工程系畢業的學生作為警示,為了體現代表橋梁坍塌殘骸,戒指被設計成被扭曲的鋼條形狀。于是,這一枚枚戒指就成為了后來在工程界聞名的工程師之戒(Iron Ring)。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    再看塔科馬海峽大橋,建成通車于1940年7月,倒塌于1940年11月,僅僅存在了4個月,此次坍塌事件,被列為「20世紀最嚴重的工程設計錯誤之一」,直接原因是8級大風導致吊橋吹垮。看上去似乎不可思議,大橋竟然能被區區8級風吹垮。

                    后來經過研究人員的模擬測試,得出了結論,導致大橋倒塌的元兇是——卡門渦街。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    卡門渦街:在一定條件下的定常流動繞過某些物體時,物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、并排列成有規則的雙列線渦。開始時,這兩列線渦分別保持自身的運動前進,接著它們互相干擾,互相吸引,而且干擾越來越大,形成非線性的渦街。倘若渦街的交替脫落頻率與物體的聲學駐波頻率相重合,還會出現共振。

                    工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程

                    因為大橋建造時采用了過輕物料,引發了共振,最終致使大橋坍塌,此次事件在橋梁史上意義非凡,空氣動力學成為建造橋梁的一個重要考慮參數。

                    魁北克大橋&塔科馬海峽大橋在建造時期都接近當時的技術極限,但失敗的原因分別是因為對結構和風振問題認識不充分,后續修復新建的大橋都安全延用至今。

                    后記

                    失敗并不可怕,可怕的是不知為何而敗,人類工程建造史可以說是充滿著失敗的例子,但正是這一次次失敗后的再嘗試,才推動了人類工業技術的不斷前進!

                    圖片來源于網絡

                    參考文獻:

                    [1]鐘立勛.意大利瓦依昂水庫滑坡事件的啟示[J].中國地質災害與防治學報,1994(02):77-84.

                    [2]李著,王景.西奧多庫珀——魁北克大橋失事記[J].工程力學,1997(04):139-144.

                    [3]廖寅.首都戰略下的北宋黃河河道變遷及其與京東社會之關系[J].中國歷史地理論叢,2019,34(01):5-14.

                    美編:黃紫薇

                    校對:張 崧

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