站内消息 会员中心 将文章置顶到百度搜索首页
设为首页 加入收藏
搜索:
标题 内容 作者
【投稿咨询】
【全国新闻传播】
工程反思录 细数人类历史上失败的大型工程

我们从未停下探索的脚步

从数百万年前人类学会利用工具

到现如今我们上天、下海、入地

我们不断地发展着工程技术

同时

也不断地失败着

然而

正是一次次的失败

才带来了如今的辉煌

铭记失败,才能走得更远

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)

二战结束后,意大利逐渐从战争的阴霾中走出,基础建设、民生、经济发展都逐渐进入高速发展时期。

当时电力是制约生产能力的一大障碍,意大利北部城市用电需求与日俱增,建立一座大容量的水力发电站成为北部城市首要任务。后经工程师多方考察,瓦伊昂峡谷凭借其狭长的地形,并且位于阿尔卑斯山区,冰川融水十分丰富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变成软弱夹层,导致滑坡。

但是勘察人员提出的上述安全隐患并未得到重视。1956年大坝开始施工,但在施工还不到一年时,意大利决策者决定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,库容也达到初始设计的3倍,约1.65亿立方米。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

直到1960年完工,开始注水实验,水位上升时,大坝左岸出现了长达2km的拉张裂缝。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

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,水位上升速度与滑坡发展显著相关,故工程人员决定通过控制注水速度,控制滑坡缓慢滑入水库。

蓄水初期,减缓注水速度后,似乎成功控制了滑坡位移。

但是!次年8月,位移速度却反常持续增加,甚至增至3.5cm/day,但此时降低水位为时已晚。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

9月28日,连续大雨,雨水渗入山体,层间摩擦再度降低,山体位移速度已增至20cm/day,水质也变得浑浊。

1963年10月9号22点39分,灾难,还是发生了!

大约2.6亿立方米滑坡体以110km/h速度冲入水库,填满了接近1800m长的库段。甚至,部分山体上推至对面140m,整个过程仅用了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村庄,许多人在睡梦中还来不及反应,就已然被洪水所吞没,这场灾难中2000余人丧生。

作为大坝,仅坝顶轻微受损,整体经受住了巨大的冲击荷载,避免由于泥石流所引起的二次伤亡,其结构稳定性显然是成功的。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

(橙色、绿色区域分别为第一、二次滑坡影响区域)

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

留给意大利以及世界的,是惨痛的教训以及反思!

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

北宋三易回河

我国灿烂历史星河有许多浩大的民生工程,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。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

《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,使得黄河故道堆积了大量泥沙,致使原有河道堵塞逐渐发展为地上河,最终导致黄河改道。

北宋初期,恰好历经黄河改道的自然现象,造成了一定程度的水灾。然而宋朝统治者却心生疑虑,黄河故道流经汴梁城北,可以作为宋朝都城天堑,有效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,黄河改道计划就此开始了。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

第一次是宋仁宗年间,计划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,其结果是1056年“宋朝塞商胡北流,入六塔河,不能容,是夕复决,溺兵夫、漂刍藁不可胜计”,河北军事重镇损失惨重。

第二次是宋神宗年间,据历史记载,王安石建议继续实施回河工程,其结果如何?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,兴必不可成之役;驱无辜之民,置之必死之地。横费之财,犹可力补,而既死之民,不可复生”。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,但结果也十分惨烈。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,水未有如此之大,非堤之过也”

经过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,教堂端庄而优雅的矗立在莫斯科河畔,内部金碧辉煌,威严壮观,但是她却有着一段曲折的兴建史。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

该教堂始建于1812年,为了纪念俄国人民成功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,耗费了巨大的人力财力,其历史价值不可估量,但她接下来的遭遇却令人唏嘘。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

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

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

取而代之建造苏维埃宫殿作为地标性建筑,为了体现世界第一,该宫殿设计高度约415米。

但是天公不作美,计划实施后,先后遭遇了地基缺陷、饥荒、战争等问题,苏联百废待兴,苏维埃宫殿计划只得搁置,经年累月无人维护,变得萧瑟荒颓。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

赫鲁晓夫上任以后,决定将废弃建筑利用起来,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,俄罗斯又决定重建大教堂。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,但内饰的精美程度和文化价值都难以与原教堂比肩。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

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命途多舛。

魁北克大桥&塔科马海峡大桥

(Quebec&Tacoma Bridge)

桥梁在人类历史上的发展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,现代桥梁的发展已经达到了十分成熟的阶段,但正所谓失败是成功之母,正是前人一次次摸索,才有了如今的辉煌。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

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。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

1907年夏,魁北克桥梁公司现场工程师Norman McLure开始注意到了桥梁主结构构件形变量不断增加,多次向该公司顾问工程师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加荷载。然而就在8月29日下午,两人还未来得及将消息传递给施工方,魁北克大桥南部悬臂和中心部位发生了坍塌,在15秒内全部坠入圣劳伦斯河,造成桥上的86名工人中75人丧生,11人受伤,成为了当时世界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过程再次垮塌,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,后经研究人员确认,钢结构设计有严重缺陷,高估了结构的承载能力。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

1922年,加拿大的七大工程学院决定将桥梁废弃钢材打造成戒指,发给每年从工程系毕业的学生作为警示,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后来在工程界闻名的工程师之戒(Iron Ring)。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

再看塔科马海峡大桥,建成通车于1940年7月,倒塌于1940年11月,仅仅存在了4个月,此次坍塌事件,被列为「20世纪最严重的工程设计错误之一」,直接原因是8级大风导致吊桥吹垮。看上去似乎不可思议,大桥竟然能被区区8级风吹垮。

后来经过研究人员的模拟测试,得出了结论,导致大桥倒塌的元凶是——卡门涡街。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

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方向相反、并排列成有规则的双列线涡。开始时,这两列线涡分别保持自身的运动前进,接着它们互相干扰,互相吸引,而且干扰越来越大,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,还会出现共振。

工程反思录 ——细数人类历史上失败的大型工程

因为大桥建造时采用了过轻物料,引发了共振,最终致使大桥坍塌,此次事件在桥梁史上意义非凡,空气动力学成为建造桥梁的一个重要考虑参数。

魁北克大桥&塔科马海峡大桥在建造时期都接近当时的技术极限,但失败的原因分别是因为对结构和风振问题认识不充分,后续修复新建的大桥都安全延用至今。

后记

失败并不可怕,可怕的是不知为何而败,人类工程建造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尝试,才推动了人类工业技术的不断前进!

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件的启示[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道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

网友关注排行
科技
热点
企业
财经