马平:剖析深圳滑坡事故,我认为是这么回事
昔利
昔利 Lv.10
2015年12月31日 16:24:20
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 【来自网友】作为前工程师,我认为深圳滑坡事故是这么回事:    深圳滑坡救援还在继续,有关事故原因的调查仍在持续。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,还请列位掌眼。     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。






 【来自网友】作为前工程师,我认为深圳滑坡事故是这么回事:

    深圳滑坡救援还在继续,有关事故原因的调查仍在持续。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,还请列位掌眼。




    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

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    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。

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    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。

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    上面这个图是我在网上随便搜的,但比较形象,下面的说法更抽象,更准确一些:

    基坑边坡稳定性计算方法的探讨

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    总之,对于大多数土坡,我们要做的就是找到这样一个弧面,估算这个弧面什么时候承受不了剪切力出现滑动。注意,在出现滑动的时候,土壤总体上还保持着固体形态,含水量远不足以变成泥石流。只是在危险弧面上无法再承受剪切力,弧面上的粘土从牢固的双面胶变成了滑润的轨道,导致弧面上方的土体出现整体旋转,在弧面的最低点把成千上万吨的半固体土壤“滑”出去。这就是滑坡中“滑”字的来源。

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    再简化一点,我们可以把坡上的土体想象成一摞套起来的瓷碗。

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    本来碗之间的摩擦力足以保证最上面的碗保持倾斜状态,即土体保持静止。但如果我们不断地在碗里加米,同时在碗的下面倒油,最终重力引发的剪切力越来越大,摩擦力越来越小(因为倒油),碗是一定会倾倒的,这就是深圳的滑坡。

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    上图的右图俯瞰了这个危险弧面,原本在弧面里的土壤被推到了图片的上方,用超越洪水的力量推倒楼房,再把楼房覆盖在土层下面。

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    卫星图再放大,可以清晰地看到这个“碗”。
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    那么,具体到深圳这个滑坡事件,是谁造了“碗”,谁向“碗”里加“米”,谁又在碗底倒“油”呢?已经有人用十年来的卫星图片说明了事实:
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    卫星图片说明,这里曾经是坚实的岩石山体,被采石场挖出了一个“碗”。然后采石场撤退,这里成为抛弃渣土的填埋场。随着渣土的增加,这个“碗”逐步从轻薄的塑料碗变成了瓷碗,再变成铁碗。等到山谷被填平,抛弃渣土的生意并没有停止。重载汽车不断地通过盘山公路把更多的“米”——渣土——运到山顶,丢在已经装满的“碗”里。为下方的工业区制造了隐患。

    但如果只有干燥的渣土,“碗”不会轻易滑动。必须在碗下面倒油,减小摩擦力才能最终让隐患变成灾难。我们在卫星图里可以看到,在没有填土的时候,废弃的采石场已经因为雨水形成了池塘。这意味着岩石山体非常致密,不存在让水下渗的通道。等到渣土被连续抛入碗口,雨水也不会消失。渣土表面没有植被,松散的渣土让雨水下渗,积蓄在渣土的下方,岩石层的顶部。原采石场的底部因此出现了是一层流动性非常好的泥水混合物,类似于抹在“碗”底的“油”。

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   ↑ ↑图片中央的滑坡面貌似干燥,实际上底部的含水率非常高。

    让我们回顾一下前面的结论——土壤承受剪切力的能力决定了土壤的稳定性。不用专业的知识,我们也知道液体不能承受任何剪切力。这意味着“碗”的底部是明显的危险滑动面。随着渣土和雨水的增加,坡顶的泥土重量提供了足够的剪切力,让整个“碗”沿着采石场的工作面滑动起来,把几千万吨泥土抛向城区。这就是灾难的发生过程。

    那么,问题出在哪里呢?
    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。比如说像前面的铆钉那样,在滑动面上打入锚栓,增加土体的抗滑能力;或是积极排水,增加“碗底”的摩擦力,从而避免滑坡。如果滑坡面大到无法治理,地质和建设部门有义务在坡顶设立监视点,随时测算地面变形。一般来说,在出现较大滑坡之前,危险滑动面附近会出现明显的“蠕变”,地面海拔会有明显变动。这个时候就该发出地质警报,通知人员物资撤离,也不会导致严重的后果。

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    土工锚栓穿越危险滑动面,和上图机械零件中间的铆钉同样承受剪力,避免滑动。
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    ↑↑三峡库区的监测点
    但对于下面的城区来说,坡上的山体本来是坚实的岩石,就算有了采石场,也不过是多了几个小水塘,本来不存在什么地质隐患。这个渣土场是十年内出现的人造地质条件,完全超出了地质勘探的范围。所以,通常的治理-监测程序未能发挥作用。

    这样看来,核心责任方是渣土场的审批-建设部门。他们在一个有开口的谷地建立渣土场,低估了地质灾害的隐患,为了经济利益无限地接受渣土,最终导致了灾害的发生。惨痛的损失足以为所有城市提供教训。

    客观地说,如果按照“常理”来判断这个渣土场的危险性,普通人多半也会低估滑坡的灾难性后果。因为在日常生活中,我们接触的土堆最多是一两米高,土量不超过几吨。在这个尺寸上,一方面泥土的粘性会明显起作用,另一方面整个土堆的含水率是差不多的,不存在上面干燥底层积水的严重区别。所以,一般人会觉得看起来干燥的土堆很安全,可以无限制地沿着一个斜坡堆积。只在土堆快要变成泥石流的时候才会意识到危险。

    然而,科学并不在乎什么“常理”。在几十米、几百米的尺寸上,土壤的粘性并不能保证安全,一个危险滑动面的含水率提高,就能造成惊人的地质变动。几十厘米的土层滑动最多是让人摔跤,几米深的“土浪”就能造成每平方米上百吨的巨大压力,击垮一切人类建筑。这就是土木工程师的存在意义了——我们不能保证100%的安全,但一定可以根据经验降低事故的发生率,最不济也能提供预警时间。

    在科学和“常理”面前,工程的实施者选择相信哪一边呢?

    按照逻辑来说应该相信科学,但实际上,大多数人的决定都是“选择让我发财的那一边”。我过去有个做边坡工程设计的同学说过一个段子:

    世界上最关心天气预报的人不是卖伞的,而是沿海地区做边坡的小包工头。因为他们做的是埋在土里的工程,偷工减料是常事,是发财的重要方式。一般来说,岩土工程的设计强度留有很大的安全余量,所以在90%的情况下,违规操作的小包工头都能安全地熬到边坡工程结束。等到基坑回填,工程进入地上部分就装着钞票回家。但沿海地区难免会有台风和随之而来的暴雨,明显增加基坑的含水率,也就是减少危险滑动面上的抗剪能力。所以,一听到台风袭来的消息,许多小包工头就带着细软跑到外地,如果出事就再不回来……

    经济利益能让人藐视一切风险,在利润面前,工程师的“乌鸦嘴”总是会讨人嫌。这次深圳滑坡事件,初步的新闻调查已经开始把一些东西挖出了水面:

    深圳山体滑坡或因余泥受纳场违规作业引发

    据深圳特区报报道,光明新区安监部门相关负责人称,事发原因初步断定是临时余泥渣土受纳场违规作业,受纳泥浆漫溢,冲出山体,冲进靠近山体的恒泰裕工业园。

    深圳山体滑坡事故中那么多渣土是哪里来的?

    事实上,在政府部门规划建设的受纳场之外,原特区外地区时不时地会冒出一些小规模的“地下”受纳场。在公明,规划建设中的公明水库库区曾经是泥头车倾倒渣土的好去处,不仅有来自深圳市内的渣土在这里倾倒,连东莞一些泥头车也“慕名而来”。

    类似情况在龙华、龙岗、坪山等地并不鲜见,这些原特区外地区仍有有大片未建成区,一些社区私设受纳场,收费接纳淤泥渣土。为掩人耳目,这些受纳场往往在夜里进行倾倒,一夜之间能倾倒一两百车次,一车根据所载土方数量收费300元左右。这些受纳场尽管很多都是夜里才收纳渣土,但往往动作迅速,有的甚至几个月内就填满封场。

    光明新区相对地广人稀,成为泥头车乱倒余泥渣土的重灾区。2012年、2013年泥头车乱倒现象猖獗时期,光明新区不少偏僻道路的路边甚至路面,时不时就可看到乱倒的土堆或建筑垃圾。

    为了保护国土资源,2013年6月,光明新区成立了国有土地监管中心,划片包干,由专人进行日常巡查,蹲点驻守。

    但在利益面前,仍有人在打着擦边球“消化”余泥渣土。在公明某社区,一处基本农田改造项目每天泥头车奔忙不停,入口处凭票入场,据泥头车司机介绍,票据都是老板事先向场地方购买的。场地承包方则声称他们承包的是基本农田的泥土改良项目,需要接纳这些“优质土壤”。但是近一年的时间过去了,“泥土改良”仍在进行,基本农田改造过程中建设的部分排水沟等设施,已经又被填埋在泥土里。

    受纳场的选择有较高的环保要求,并不是随便选择一处低洼地就能受纳余泥渣土。余泥渣土的填埋会降低填埋地域的土壤质量,污染地表水、地下水。从直观的角度看,它会侵占绿地,恶化城市卫生环境,处理不当甚至存在滑坡、泥石流等安全隐患。有些私设的受纳场甚至侵占了国有土地,这些地块被堆倒渣土后,再次开发建设时,无疑将增加大量的成本。


    作为一个纯粹的旁观者和半吊子工程师,我对事情的分析只能说这么多了。要想知道进一步的真相,只能等更多的证据和勘察报告。













截至26日,事故已造成7人死亡,75人失联,17人受伤,90家企业受影响。今天,人们尚且深切哀悼遇难者,但尤为重要的是,更应当深刻吸取这一城市建设中血的教训,不让悲剧重演。愿此事已得到各方注意,发展所付出这样的代价谁能买单,不要让悲哀再次上演。



你好,2016。















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免费打赏
jszxwsw
2016年01月01日 07:57:27
2楼
你想说些什么?人造山体滑坡:可翻译成 人造山体—滑坡 ;也可翻译成人造 —山体滑坡
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wxf20072008
2016年01月01日 09:13:48
3楼
用不着那么复杂,是人为的
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爆炸葱头、
2016年01月07日 11:24:22
4楼
半吊子工程师分析的还是蛮有道理的
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king03130313
2016年01月08日 08:35:21
5楼
比一般看客分析认识的要深
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a2428331959
2016年01月08日 08:58:34
6楼
你想说些什么?人造山体滑坡:可翻译成 人造山体—滑坡 ;也可翻译成人造 —山体滑坡
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q450195
2016年01月11日 18:29:13
7楼

谢谢楼主的分享
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