沖刷:大多數橋樑倒塌的原因

昨天,華盛頓州斯卡吉特河上的I-5橋樑,其一個支撐梁被一輛超寬卡車撞擊,整個扭曲的金屬結構墜入下方的水中。

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昨天,華盛頓州斯卡吉特河上的I-5橋樑,其一個支撐梁被一輛超寬卡車撞擊,整個扭曲的金屬結構墜入下方的水中。雖然一些人和他們的汽車隨著橋樑一起落入水中,但值得慶幸的是沒有人喪生。I-5橋樑的倒塌引發了關於美國基礎設施系統 Failing 的討論,但由於橋樑支撐梁無法承受卡車撞擊而導致的倒塌事故並不常見。事實上,對橋樑來說最危險的東西是它通常讓我們跨越的東西。

水會找到出路。無論是地下室、海灘還是橋樑,水都會找到出路。它的力量來自於內聚力、極性和流動性的生命賦予組合,更不用說重量了。原子的特定排列賦予水重量——足夠裝滿七個牛奶壺的水重超過62磅。僅僅一英尺半的水就可以將SUV從街道上抬起。兩個氫原子和一個氧分子描述了這種分子波,它可以掀翻船隻、阻止致命的車禍並破壞堤岸。

我們用磚瓦水泥將自己與自然隔絕開來。外面的世界在玻璃後面,在混凝土板下面,在PVC管道中穿行。我們的鋼鐵和混凝土足夠堅固,直到大自然來敲門。而當她想進來時,沒有什麼可以阻止她。


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為了避開河流和小溪,大自然最終決定了我們何時可以透過。她的代價很簡單:如果你正確地設計橋樑,你就可以透過。如果你沒有,就會發生這樣的事情

沖刷美國高速公路橋樑倒塌的最大原因 [PDF]。在多年的使用過程中,或者在洪水等大型事件期間,河流或溪流的分子湯攜帶著數千磅的沉積物和碎屑。這些碎屑堆積在河道和橋墩處,改變了水流繞過橋樑的方式。這種水流的變化(如上圖所示),如果工程師沒有預料到,就會給水一個新的攻擊計劃:沖走支撐材料。

在上面的影片案例中,水流被阻擋,但就像表演一樣,水流必須繼續。由障礙物引起的翻騰和漩渦的水流從堤岸底部移走了材料。水無法越過,所以它會穿孔。你可以看到確切的點(大約在25秒處),當足夠的材料被移除後,水流會採取不同的路徑。這條路徑帶走了堤岸的支撐。沒有支撐,橋樑就會壯觀地倒塌。

對於大多數橋樑來說,沖刷是敵人。除了像華盛頓州那樣的意外事故,水持續的侵蝕力才是我們 Failing 的基礎設施系統必須擔心的問題。儘管我們可能會進行工程設計,但我們離意識到我們遠非控制自然,而僅僅是忍受自然,只有幾個額外的分子之遙。

圖片來源:

區域性橋樑沖刷,來自美國地質調查局 (USGS)

這是從我的 Science-Based Life 部落格改編的轉載

Kyle Hill is a science communicator who specializes in finding the secret science in your favorite fandom. He has a bachelor's degree in environmental engineering and a master's degree in communication research (with a focus on science, health, and the environment) from Marquette University in Milwaukee, Wisconsin.
Aside from co-hosting Al Jazeera America's science show, TechKnow, Hill is also a freelancer who has contributed to Wired, Nature Education, Popular Science, Slate, io9, Nautilus, and is a columnist for Skeptical Inquirer. He manages Nature Education's Student Voices blog, is a research fellow with the James Randi Educational foundation. Email: sciencebasedlife@gmail.com

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