本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。
昨天,华盛顿州斯卡吉特河上的I-5桥梁,其一个支撑梁被一辆超宽卡车撞击,整个扭曲的金属结构坠入下方的水中。虽然一些人和他们的汽车随着桥梁一起落入水中,但值得庆幸的是没有人丧生。I-5桥梁的倒塌引发了关于美国基础设施系统 Failing 的讨论,但由于桥梁支撑梁无法承受卡车撞击而导致的倒塌事故并不常见。事实上,对桥梁来说最危险的东西是它通常让我们跨越的东西。
水会找到出路。无论是地下室、海滩还是桥梁,水都会找到出路。它的力量来自于内聚力、极性和流动性的生命赋予组合,更不用说重量了。原子的特定排列赋予水重量——足够装满七个牛奶壶的水重超过62磅。仅仅一英尺半的水就可以将SUV从街道上抬起。两个氢原子和一个氧分子描述了这种分子波,它可以掀翻船只、阻止致命的车祸并破坏堤岸。
我们用砖瓦水泥将自己与自然隔绝开来。外面的世界在玻璃后面,在混凝土板下面,在PVC管道中穿行。我们的钢铁和混凝土足够坚固,直到大自然来敲门。而当她想进来时,没有什么可以阻止她。
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为了避开河流和小溪,大自然最终决定了我们何时可以通过。她的代价很简单:如果你正确地设计桥梁,你就可以通过。如果你没有,就会发生这样的事情
冲刷是美国高速公路桥梁倒塌的最大原因 [PDF]。在多年的使用过程中,或者在洪水等大型事件期间,河流或溪流的分子汤携带着数千磅的沉积物和碎屑。这些碎屑堆积在河道和桥墩处,改变了水流绕过桥梁的方式。这种水流的变化(如上图所示),如果工程师没有预料到,就会给水一个新的攻击计划:冲走支撑材料。
在上面的视频案例中,水流被阻挡,但就像表演一样,水流必须继续。由障碍物引起的翻腾和漩涡的水流从堤岸底部移走了材料。水无法越过,所以它会穿孔。你可以看到确切的点(大约在25秒处),当足够的材料被移除后,水流会采取不同的路径。这条路径带走了堤岸的支撑。没有支撑,桥梁就会壮观地倒塌。
对于大多数桥梁来说,冲刷是敌人。除了像华盛顿州那样的意外事故,水持续的侵蚀力才是我们 Failing 的基础设施系统必须担心的问题。尽管我们可能会进行工程设计,但我们离意识到我们远非控制自然,而仅仅是忍受自然,只有几个额外的分子之遥。
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图片来源:
这是从我的 Science-Based Life 博客改编的转载