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马平:作为前工程师,我认为深圳滑坡事故是这么回事

2015-12-25 08:42:47 作者: 马平 评论: 字体大小 T T T 扫描到手持设备
一般来说,规划和建设部门会分别对建设区附近的地质条件进行勘探,分析地质灾害的可能性。对于可能出现滑坡的地段,应该进行治理。

深圳滑坡救援还在继续,有关事故原因的调查也已经开始。作为前工程师,遇到这种和专业相关的事情总忍不住要分析下,至于有没有道理,还请列位长眼。

2002年我从同济土木工程学院毕业,到苏州交通设计院报到。后勤科一时未腾出宿舍,安排我暂住在专家接待处。我因此和外聘的专家同用一套三室一厅,算是个小小的优待。

那位老工程师的姓名我已经忘了,只记得是50年代兰州铁道学院毕业,苏联教授训练的土建干部,在铁道部设计院干到退休,走遍了中国一半以上的县区。他平时除了抽烟没啥爱好,但很喜欢谈论专业问题当消遣,算是个“脱离低级趣味”的技术精英。我到单位报道的第二天就被前辈考较了一番:

“你说说,土建方面咱们最不了解的东西是什么?”

我诚惶诚恐地回忆了一会儿,想想需要日本专家支持才敢修的大跨度钢索斜拉桥(当时),想想考分一塌糊涂的钢结构课,想想如听天书的计算结构力学。壮着胆回答:

“是高强度钢材?”

前辈失望地摇摇头:

“钢材这么可控的材料,都是工厂制成的,怎么能说不了解呢?你们当学生的觉得钢结构难做,但这才说明咱们对它研究的透啊!否则怎么敢拿它做那么复杂的结构?”

我似乎开悟了:

“按这个推论,结构最简单的材料才是我们最不了解的东西?那就是……”

前辈喷了一个烟圈,笑容里露出了“孺子可教”的意思:

“对了,就是土……你小子还算对得起你的学校。”

现在,我离开土木工程行业眼看要十年了,许多技术细节都忘了个干净,但老专家的一番教诲至今记忆犹新。上周看到深圳这个中国技术最发达的准一线城市出现大滑坡,我立刻想起了当年烟圈后面诡异的笑容。

言归正传,老专家的话通俗来讲,就是土并非可以精确预测的材料。大体积的土既不是有稳定形状的固体,也不是四处流动的液体。世上有矗立几十米,在攻城武器反复破坏下不倒的夯土城墙,有可以挖大跨度窑洞的黄土坡;也有咆哮奔腾的泥石流和暗藏杀机的流沙。在两个极端之间,就是我们日常见到的土——但我们很难确定眼前的土处于什么状态,也不知道它会变到什么状态,甚至不知道土的这一部分和另一部分是不是处于同一状态。

这就给土木工程出了难题。因为土壤无所不在,就算没有丘陵山地,建筑也必须把地基扎入土层。在土力学研究者眼中,我们根本不是住在坚实的地面上,而是住在一块大果冻的表面。如果我们无视土的变形和移动,整个城市必然会一场大雨后变成废墟;如果我们不利用土的稳定性,把所有地基都打到基岩,把身边所有的土丘都挖平,建筑成本恐怕会上升到今天的十倍不止。总之,在住不起房子和住不稳房子之间,我们必须取一个妥协的平衡点。

最理想的解决方案当然是精心测算各处土的性质,然后为不同稳定性的土配上不同的安全措施。但是——正如老工程师毕生经验的总结——我们对土的性质知之甚少,千万别以为我们有一套精确的理论去应付不同的土方。迄今为止,绝大多数常用土力学公式的基础还是经验。不仅学生会困惑,就连专业的大学教授也会为此纠结:

土力学教学中几组关系的辨析

所以,一般情况下,工程师的目标并不是搞清楚“这个山坡下发生了什么”,而是根据各种经验,找出一堆土最可能出现变形的地方,然后对最危险的破坏面进行处理,至少也要积极监测这个破坏面。一旦出现问题,能补救则补救,不能的话……提醒大家赶紧逃吧。

具体到深圳滑坡事件,我不想多介绍那些当年就不甚理解的经验公式。但我可以尽量通俗简陋地说一下原因:

通常,在足够大的土体中,土壤的受拉能力意义不大,就是土壤彼此“粘”在一起的形态并不稳定,同时我们认定剪切破坏是最主要的破坏形式,土壤承受剪切力的能力决定了土壤的稳定性。所谓剪切力,就是让物体“错位”的力量。在一个平面上,上面的部分被向左推,下面的静止或者相对向右,这就产生了剪切力。

比如说在上面的图中,两个机械零件有分别向左右运动的趋势,中间的铆钉把他们穿在一起,就要承受两个零件传来的剪切力。我们把两个零件想象成土层,就能理解土壤中间存在的剪切力。土壤承受最大剪切力,最薄弱的面,往往就是最危险破坏面。一般来说,土坡的滑动面接近弧形,即“最危险滑动弧”。找到这个弧面,我们就能估算土坡的危险程度。

责任编辑:沙枣花
来源: 观察者网
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