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没道理瓦伊昂大坝-著名的大型失败工程

瓦伊昂大坝-著名的大型失败工程

2017/08/30, 超级工程, by .

意大利东北部小镇龙加罗内(Longarone)座落在风景秀丽的阿尔卑斯山区中,距离著名的威尼斯仅93公里。
1963年10月9日傍晚,劳作的人们陆续回到家中,这座传统的小镇也渐渐歇息下来。
然而到了次日清晨太阳升起时,这一切都不复存在了。

昔日的龙加罗内

几十米高的巨浪混合着泥沙冲毁了龙加罗内与周边的5个村庄。
镇上的树木、道路、房子全都失去了踪影,取而代之的是厚厚的一层泥土。
残存的房屋孤零零地矗立在镇子边缘,近2000人在睡梦中被夺去性命。
他们经历了一场震惊世界的水坝灾难。

奇怪的是,事故的源头瓦依昂大坝(Vajont Dam)依然完好地屹立在峡谷之间。
坝体基本没有受到严重损坏,直到今天它还立在那里,仿佛一座巨型的事故纪念碑。
那么摧毁龙加罗内的洪水是从哪里来的呢?

瓦依昂大坝

这场灾难要从第二次世界大战后说起。
意大利摆脱了战争的阴霾后,开始进入一个高速发展的时期。
与此同时,北部城市的工业发展对电力的需求与日俱增。
瓦依昂峡谷得天独厚的地理条件使其成为了兴建水力发电站的不二之选

这里地处阿尔卑斯山区,冰川融水丰富且降水充足。
再加上峡谷狭长的地形,只要建造一座水坝就能储蓄起大量的水。
早在1939年,就有工程师对峡谷进行了考察,并提出了最初的设计方案。
意大利国内的电力集团也瞅准了这里的利益,开始为建造大坝奔走游说。

瓦依昂峡谷及远处的村镇

在亚德里亚电力协会(SADE)的游说下,国会35位部长中的13位开会决定,要在意大利北部修建一座当时世界上最高的拱坝*。
不过这个表决其实是无效的,因为法律规定讨论这类重大议题时,必须有超半数的部长到场。
尽管不合法,意大利总统路易吉•伊诺第(Luigi Einaudi)还是在1948年签署批准了这一议案。

*注:现排名世界第七。世界上已建成最高的水坝是位于中国四川省雅砻江上的锦屏一级大坝,高达305米。

路易吉•伊诺第

按照计划,瓦依昂大坝高230m,坝身采用先进的双曲拱结构,在水平与垂直两个方向都呈弯曲状。
这种结构的受力条件优秀,在承受大荷载的同时还能做得很薄,非常节省材料。

实际上人类修建拱坝已有悠久的历史。
早在一千多年以前,人们就已意识到拱结构有较强的拦蓄水流的能力。
在承受水压力时,拱结构可以将竖向的压力转化为向两端的水平推力,并传递给两岸岩石。
而且拱结构内部主要产生压力,所以能充分发挥混凝土材料*抗压强度很高,但抗拉性能较差的特点。

*注: 通常混凝土微观层面上存在许多裂缝,而混凝土的破坏是由于裂缝的发展产生的。受压状态下裂缝不会发展反而趋于闭合,而受拉状态下裂缝发展则导致混凝土发生破坏。因此混凝土中常加入钢筋提高抗拉强度。

但是单曲拱坝也有一个缺点,它更适用于上下宽度相差不大的峡谷。
若遇到像瓦依昂峡谷一样的V型截面,上宽下窄的坝体就会出现问题。
在外半径不变的条件下,由于下部拱的宽度较小,形状更趋近于平面,因此拱的作用不明显,常常要增加坝体厚度来确保安全。

瓦依昂大坝采用的双曲拱结构,各层拱圈外半径由上至下逐渐减小,在坝底仍然保持了受力良好的拱结构。
如此一来,底部的坝体只需要相对少的材料就能达到令人满意的强度。
大坝的设计师更是宣称,瓦依昂大坝能够承受超过设计值11倍的荷载而不坍塌。

建造中的瓦依昂大坝

1956年大坝正式动工,但施工还不满一年,建造计划就出现了变动。
意大利的政客希望将瓦依昂大坝的用途改成为核电站配套服务的抽水蓄能电站*。
这样大坝的高度就从原先230m增加至262m,库容也因此增大到初始设计的3倍,达1.65亿立方米。

*注:利用核电站平日多余的电能抽水至高处,在用电高峰期再放水发电的水电站。它可将多余的电能,转变为用电高峰时期的高价值电能,提高核电站的效率。

在大坝施工期间,人们也陆续发现了令人担忧的问题。
原来瓦依昂峡谷的地质构造是由石灰岩和粘土相互层叠形成。
石灰岩层间的粘土吸水后很容易变成泥浆,而泥浆就相当于岩层间的润滑剂,有导致深层滑坡的风险。

同时经过地质勘察人们发现,大坝的上游还存在着老滑坡*,这也是一个巨大的隐患。
1959年,工程专家和技术顾问向大坝建设方提出水库左岸的斜坡稳定性存在疑问。
但质疑没有得到建设者的重视,施工还是按计划照常进行。

*注:若干年前的滑坡遗迹,平时是稳定的,但若外界条件改变,就有可能再次滑动。按形成年代可分为新滑坡、老滑坡、古滑坡、正在发展中滑坡。

1960年瓦依昂大坝建成封顶,同年开始实验性蓄水。
随着水位涨高,岩层间的粘土被浸润,并开始变得不稳定。
在10月份水位升至163m时,在大坝左岸上出现了长达2km的拉裂缝
这表明大块山体有往下滑移的趋势,人们不得不开始重视起来。

工程师对滑坡位移进行了观测,他们发现山体以每天3-4厘米的速度移动着。
到了11月4日,蓄水深度达到了180m,大坝左岸突然发生了局部的滑坡
约70万立方米的岩质滑坡滑入水库,在大坝前制造出10m高的浪。
大坝的管理者决定全力控制山体滑移速度,但同时也不愿放弃蓄水的计划。

两次局部滑坡的位置

设计部门认为,水位上升是造成滑坡的关键因素,且认定降低水位上升速度可以阻止滑坡发展。
他们计划在控制滑坡速度的同时,慢慢将水库注满
如果滑动速度过快,就降低水面让它放缓,最终达到让山体缓慢滑入水库的目的。
随后的两年里,人们监视着山坡的位移,不断进行着蓄水排水的试验。

这个办法一直都挺管用,山坡位移速度基本被控制在每天0.3cm以下。
但1962年底,意大利国家电力公司买下了水库,为了尽快完成验收,蓄水的速度明显加快了
次年8月中旬,水深维持在240m不变,但位移速度却反常地持续增加,十来天后更是增至每天3.5cm。
人们逐渐意识到不妙,可是此时降低水位已经太晚了。

自9月28日起,瓦依昂地区连降大雨。
大量雨水渗入山体中,不仅进一步削弱了岩层间的摩擦力,还增加了山体自身的重量。
山体滑移速度不受控制地越来越快,已经超过了每天20cm
人们开始听到瓦依昂山谷中传来奇怪的声音,水库里的水也无故变得浑浊起来。

1963年10月9号22点39分,灾难发生了。
大约2.6亿立方米的山体滑坡以110km/h的速度冲入水库,将1800m长的库段全部填满
部分山体甚至一直推进到对岸140m高的山上,整个过程用时不到45秒。

横向滑落的山体掀起了滔天巨浪,高达250m的涌浪分别袭击了大坝的上下游地区
上游10公里以内的沿岸村庄、桥梁均被突如其来的巨浪冲毁。
约2500万立方米库水越过瓦依昂大坝涌向下游城镇,浪头竟比大坝还要高出150m

棕色为滑坡区域,浅蓝色为巨浪袭击区域

翻过大坝的洪水呼啸着到达1.4km外的峡谷出口,此时涌浪还保持着70m的高度
巨浪在毫无预警之下席卷了龙加罗内和附近5个村庄,还在睡梦中的人们根本来不及反应,共1925人在冲击中遇难,几乎无人生还

木制房屋在洪水中不堪一击

滑坡激起的空气冲击波威力同样十分惊人。
大坝地下厂房的钢梁扭曲后被剪断,调压室钢门被气浪硬生生推出12m远
在厂房内值班和住宿的60名技术人员除1人外幸存外,其余全部死亡。
当时正在坝顶监测情况的工程师和工人们也无一幸免。

经计算,巨浪对瓦依昂大坝的冲击力是广岛原子弹爆炸所产生力的两倍
出人意料的是,大坝凭借优良的结构设计经受住了巨大的荷载冲击,仅坝顶轻微受损。
挺立在峡谷间的大坝还拦住了身后的泥石流,避免了更大的伤亡。

也因为这样,瓦依昂水库被泥浆与堆积物填满,大坝失去了原本蓄水发电的功能
在接下来的善后工作中,意大利政府不仅要救助安置灾民,还要抓紧抽空水库内残存的积水,减轻滑坡体对大坝的压力。
至此瓦依昂大坝肩负的使命还没开始就已彻底结束。

水库变泥潭

事后调查发现,除自然因素外,人为疏忽也是酿成灾祸的重要原因
若大坝没有贸然增加高度,保持原来230m的设计,水对边坡的浸泡作用就不会如此严重。
如果大坝管理者在出现滑坡迹象时就及时停止蓄水,岸边的山体也不至于在三年的充分浸泡后最终崩溃

灾后人们茫然地寻找着故居

这场灾难给意大利带来了巨大的社会影响
全国性的滑坡防治委员会因此成立,并在多地分别建立了研究中心和试验中心。
地质灾害防治也被政府列为最为关注的问题之一。
应国内民众要求,阿尔卑斯山区的水电、流域开发项目必须要得到当地议会通过才能实施。

从工程结构的角度,瓦依昂大坝的设计无疑是成功的。
它承受了数倍于设计值的荷载而依旧安然无恙。
但瓦依昂大坝这个项目确实也是失败的,不仅建成后没有发出一度电,还导致了巨额的经济和社会损失,留给幸存者的也只有惨痛的回忆

事实上,每一个大型项目都牵涉着周边无数人的利益安全。
在国家经济高速发展,基础建设遍地开花时,建设者更应秉持严谨细致的态度
要知道真正造福于民的项目才是好的项目,瓦依昂滑坡灾难给我们敲响了警钟。

作者:SME情报员
原文:https://zhuanlan.zhihu.com/

Comments (20)

  1. Add a Reply
  2. 既成功又失败的案例。

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  3. 测试效果而已,切莫当真。

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  4. 头像调取的效果好像有问题。

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  5. 首页的效果跟推特很相似。

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  6. 这个大坝被堵死了之后,原有的水源现在流向什么地方了?

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  7. 这个地方可以开发成一个景点,供人参观的同时还能了解这个大事件。

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  8. 好漂亮的主题,作者一定花了很多心思。

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  9. 因为盗版猖獗,作者已经放弃更新了。

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  10. 这种使用QQ号码获取信息的方式很好用,至少目前还能使用,不担心被墙

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  11. 楼主的头像是监狱风云里唱《友谊之光》的那段场景吧?

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  12. 给大家推荐一部连续剧,《父母爱情》,挺好看的。

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  13. 这么漂亮的主题免费提供给粉丝使用,给作者点32个赞!

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  14. 能不能取消文章页的评论功能?直接做两个硕大的“顶”和“踩”图标,读者看完只有点一下就行了。

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  15. 这个主题的配色好适合小仙女使用哦。

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  16. 主题首页的登录记录功能应该怎么修改?

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  17. 传播正能量是我的光荣使命,大家不要阻拦我。

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  18. 原主题还有一个音乐播放器功能,你这里为什么没有添加?

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  19. 很久之前在知乎上面看到这这篇文章,原作者不是你吧?

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  20. 头像引用的效果好像不是很好

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