楚玉壶在投影仪的暗影中,打开了汶川地震烈度等值线图。
“同学们,我们先需要纠正一个观念。我们在媒体上或者科普书上读到的地震,往往震中是一个点,然后地震波呈同心圆向四周发散。
当我们试图去理解地震的本质的时候,就会发现,这种描述并不准确。
512地震发生的宏观因素是什么呢?
我们知道,是由于印度洋板块和亚欧大陆板块的挤压。
这种挤压在地质尺度上造就了喜马拉雅山脉乃至整个青藏高原的隆起。
应力在地层内也是会传递的。
当这个挤压应力来到了青藏高原和四川盆地,我们所熟知的两个阶梯的交界处呢,由于四川盆地北部的刚性地块的阻挡,应力呢就在这附近聚集。”
楚玉壶抽出一张白纸,两只手按住白纸,然后向中间挤压,直到白纸变形,两手之间的白纸上,出现了集中在两手挤压力中间,大致平行于两只手,却并不规则,也不连续的一些折痕。
他把白纸举起来,那折痕正好形成了由西南到东北的斜向走势,犹如512烈度等值线的方向。
“由于地层并不均匀,断层就会在薄弱的地方发生断裂、破碎,错动,将积累的能量释放出来。”
***
楚玉壶又打开了一张北川县城的分区图。
“同学们,在这次竞赛前,有学生问我,地震的破坏到底是怎么产生的。
我们在结构上考虑抗震设计的时候,都会简化,把地震作用简化为往复的水平地震力作用。(极震区铅直向的地震力分量不可忽略)
但这只是一个非常理想化和模型化的标准化工作方式。
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实际的震害是怎样发生的呢?
我们以受灾非常严重、也非常典型的北川县城为例——因为北川县城以自身极其悲惨的遭遇,向我们展示了震害的区别类型。
其一,是断层错动效应——我们可以认为是,当建筑物和构筑物位于错动的底层上或者地震破碎带上。
这种震害是显而易见的,皮之不存毛将焉附,提供承载力的地层都已经发生了位移、破碎,那存在在其上的构筑物是不可能保存的。
直白一些,那就是地基都已经发生了几米乃至十几米的水平位移,或者有一部分隆起、有一部分下陷,道路被震断
——主断裂带附近的构筑物几乎全部坍塌,震害指数接近1.0.在极震的情况下,是没有结构能够抵御这种能量的。
其二,在地形条件不利的情况下,地震引发的次生地质灾害。
尤其典型的、造成巨大伤亡的,是王家岩的大规模山体滑坡和景家山的白云岩体崩落。
王家岩的滑坡体,掩埋了近1/10的县城面积,相当于一座山的土方量直接塌下来将县城埋了;而景家山的碎石崩落,造成了茅坝中学的毁灭性震害,相当于山崖巨石震碎,全部滚落、堆积在学校中。
而直到现在,还有很多遇难者的遗体被埋在下面——凭借我们人类的力量,对这两处甚至无法进行有效的救援和挖掘!
对于以上两种情况,这时候,加多钢筋、提高混凝土标号,或者哪怕选用最优的结构选型,都没有什么很大的作用了,我们能够做的是什么?
严谨地进行地质探勘,避开不利选址!在选址时,避开断裂带、避开地质灾害风险高的区域。
这叫做什么,战略层面的决策,效率高于战术层面的决策。
其三,这才到了我们能够讨论的层面,地震的震动破坏效应。
当地震发生时,地震波在岩土体中传播,到达地面,引起强烈的地面运动,使建筑物的地基和上部结构发生振动,(也就是地震力的作用)进而直接引起建筑物破坏。
只有这个狭窄的部分,才真正进入了我们能够进一步研究的层面。”
微明这时才能够明白,楚玉壶没有简单回答他的问题,并不是出于敷衍,却是出于一种极端的严谨。
他真的好厉害。
微明由衷地觉得。
“这个时候,我们的目光终于可以回到映秀镇的漩口中学。
为什么,因为漩口中学的场地条件的是一致的,烈度、场地系数可以说是完全相同,也没有断裂带和地质灾害作用。
在这种近乎对照实验的条件下,不同的结构选型,表现出了截然不同的抗震特性和破坏特性。
在这场灾难之中,漩口中学就像一个排除了其他干扰条件的实验台,向我们揭示了我们现有的抗震设计思想的盲点。
这个实验台付出的是50余名师生生命的代价,我们必须睁大眼睛看。”
***
“漩口中学的教学楼是8度设防,512映秀镇的地震烈度达到了11度,远超设计值。强烈的破坏,可以说是无法避免的。
但问题是,漩口中学的教学楼结构设计,达到我们设计的目标了吗?
‘小震不坏,中震可修,大震不倒’,那极震起码应当做到保留足够的生存空间和逃跑时间。
显然没有达到设计目标。
那漩口中学的框架结构教学楼,是按照我们所设计的抗震设计方式破坏的吗?
‘强柱弱梁、强剪弱弯、节点更强’”
这时候所有学结构的学生跟着楚玉壶一起背出这句设计原则的口诀。
“在抗震设计中,我们设定理想的屈服机制,
在框架结构中,应当是梁端先出铰。
也就是说,在震害中,牺牲横向体系,让梁先变形、吸收能量,来保证竖向,也即是柱子的正常工作,保证建筑物不倒塌。
那我们观察漩口中学倒塌的教学楼,发现了什么?!柱子在震害中率先失效,柱顶先破坏,而此时梁还并没有发生大的形变。
设计原则没有错,我们进行标准化结构设计的时候,似乎也没有错——那为什么破坏起来和我们设计的不一样呢?
我们的理论和实际符合的不好。
如果不是地震真的发生了,我们会永远认为我们的设计没有问题。从我上大学那会儿,就认为框架结构是柔性体系,有很好的抗震性能。
这种‘结论的迷信’却在实际中被打了脸。
漩口中学教学楼表现出非常明显的:底层柱先破坏,朝走廊方向压碎;上层结构朝教室方向倒塌的特点。”
楚玉壶认真地说:
“以下的结论,是我们专家组推测。这真的只是一个比较接近事实的推测,能不能真正符合实际,还需要等待以后的检验。
其一,现浇板的存在。
我们在进行结构设计的时候,往往只考虑梁柱体系,却忘记了一个非常重要的角色,现浇板。
由于楼板的存在,相当于梁的实际翼缘比我们取的计算值要大上几倍,再加上板的整体约束作用,导致由梁板体系构成的横向构件,刚度比柱子强很多。
这个因素极大地影响了我们的理想屈服机制。
那震害的发生时,按照谁弱谁先坏的规律。
柱子就成了首当其冲。
其二,由于教学楼是独立基础,整体刚度不够。
在地震时,土层失去了约束作用。
这就导致一层柱成了只有顶端固定,而底端成了自由端。
地震发生之时,一层柱间位移,远远大于上层柱的位移,使得一层柱比上层柱更加薄弱。
这和我们在漩口中学食堂,这栋未倒塌建筑中观察到的是一致的:一层柱顶严重破坏,出铰;二层柱顶却还没有出铰。
基于以上两点,在地震之时,教室的框架跨度大、荷载重,一层边柱作为最不利的构件率先破坏,就导致了二层以上楼梯向教室方向倒塌,一层向走廊方向被压碎的震害结果。
也就是我们观察到的,漩口中学中央回字形教学楼区,二层以上分别向外侧倒塌,而一层向内走廊压碎的破坏情况!”
……
(砌体结构、剪力墙结构和楼梯的典型震害分析略,因为作者没钱下论文了哈哈哈)
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在T大宿舍的最后一晚。
很多学生都没有睡着觉。
微明觉得很多闪光的记忆碎片在眼前晃,楚玉壶的报告结束的时候,在场所有的老师、学生,都站起来给他鼓掌、大声欢呼。
楚玉壶上台鞠了三次躬,像个被热切的歌迷不断拉上台安可的热门歌手。
来自不同学校的参赛学生,此时真正地放下了由于比赛竞争而产生的门户之见,他们衷心地将来到此地的、来自不同学校和不同地区的同学们,当成是未来道路上的同仁。
他们终于能够放下比赛的包袱,直抒胸臆,畅谈他们在结构设计时的所思——
原来真的有比他们想象得更多的人,是因为那一次天崩地裂,把懵懂的他们带入了结构设计这个完全陌生的领域;原来不止是微明和林园在设计时试图去挑战那个不可能的任务——原来他们甚至都不太好意思告诉别人,他们有过这样的思考。
有个学生还说起:“地震的时候,我们班有个男生,背着家里所有的压缩干粮、药品和一大笔路费,要去抗震救灾,最后在汉口站被乘警拦下来了!他只有高一而已!”
也有同学说起:“地震的时候,我要回在四川的老家,一听说是去灾区,司机都没要我的钱。”
******
大赛结束了,爬虫小组也算是载誉而归,谭力力还获得了一个“成绩最佳女生奖”,要去学院领奖。
爬虫小组的同学聚集在专业自习室,丁一抱怨道:“谭力力也太的便宜啦!校花不说,学院还给她追加一个奖励,我们怎么没有?”
“要是你也想得成绩最佳女生奖,你可以变成女生嘛哈哈哈哈!”穆天宇没心没肺地嘲笑道,何乐醒也跟着哈哈哈起来。
却见谭力力气喘吁吁地跑进来:“大八卦,爆炸新闻——我去学院的时候看到微明了,他想转专业!”
“怎么可能?c院是S大王牌专业之一,专业分数最高最难考——微明他既然能考上c院,为什么要转,他想学什么专业,当初报志愿的时候直接填不行吗?”丁一道。这位争强好胜的小能手当然是看在王牌专业的份上才屈尊纡贵地选择了s大。
“他都和楚玉壶面谈了,我亲眼看见的,爱信不信!——楚玉壶好像给微明写推荐信了!”谭力力道。
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楚玉壶听到这个消息也很吃惊,他思索了一会儿,道:“微明同学,你的想法我能理解。
但原则上,我不建议你转专业。”
微明着急地问:“楚老师,为什么?我是真心想学工程学!”
楚玉壶道:“我们说一个非常现实的问题,首先,这两个专业的课程设置完全不同,大一学期就要结束了,如果你期末成绩达到本专业的前10%,可以让你成功转到工程学系,你还是要留一级,和明年的学生一起重新上大一,你的大学生活就要延长一年。
其次,c院专业毕业后,平均收入,是工程系学生的2-3倍。这些都是非常实际的问题。
而我从谢老师(导员)那里得知,你是有助学贷款的。
我知道你是一个非常优秀的学生,如果我只是想让工程学系多一个学生,我不会对你说这样的话——增加一年的负担,工作后的收入却减少了至少一半,到时候你真的不会后悔吗?”
微明着急地绞着手指:“楚老师,我最在乎的不是钱的事——如果能够研究地震的话!”
楚玉壶眨了眨眼,他现在确定了心中的猜测:“微明同学,你……经历过512?”
微明咬着下唇,沉默地点点头,快哭出来了。
楚玉壶耐心地、宽慰地道:“我明白了。
微明同学,的确,只有在工程学的分支学科中有一个叫做抗震防灾工程的专业,但研究地震、防止震害,甚至震后救援,都绝对不是只有工程学才能去做,甚至单靠结构工程是不能完成的。
还记得我讲过的,造成北川县城巨大震害的选址问题吗?”
微明点头:“我以前就是在北川上学。”
楚玉壶的眼中流露出真正的震惊,他在北川呆了八天,光看结果就触目惊心,他甚至无法想象那些从废墟中爬出来的人的感受。
如果是我,面对那一片废墟,面对那惨痛的伤亡,我也会绝望地发问:“为什么,为什么会塌?!”
他还只是个不到二十岁的孩子啊。
他不知道朝谁求助,他不知道怎么做才能抵御这么大的灾害。
即使是自己,能够研究后感慨一句,11度的烈度真的远超设防,很难抗住。
但是,这能够回答那些压在废墟下的亡魂吗?
如果下一次考验再度来临?
楚玉壶吞咽一下,温和而坚定地坚持住了他作为一个教师的循循善诱:“选址问题的解决,就需要GIS系统的辅助。
而抗震设计中,无论是模型的建立,还是震动实验台的验证,都少不了计算机技术的应用。
如果你问我,我现在怕的倒更是结构设计还维持老旧的工作方式,不能和新技术相结合。
所以你的专业对防震抗灾来说,也是同样重要的。”
微明眼睛里重新冒出希望的光:“真的吗?我们专业真的可以?!”
如果下一次考验再度来临。
他一定还在问着自己。
楚玉壶突然道:“你想去看看T大的国家振动台实验室吗?”
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自习室里稀稀拉拉的,大家都离开了。
穆天宇还在等他。
微明回来了。
他以为按照穆天宇管东管西又傲娇的脾气,这一次和楚玉壶的面谈没告诉他,他肯定要生气了。
“你……”穆天宇却踌躇着没办法开口。
他知道,他没有办法再像上一次一样撒泼打滚地表达自己的不满和不舍。
也不能明目张胆地去和上官娉婷怼来怼去。
这一次是真的留不住了。
当你了解的别人的过去,你就理解了他的选择。
我不再能够责怪你的离开,我只能用尽全力地祝福你,甚至是帮助你完成你的愿望、帮助你更好地离开。
真可气啊——我不可一世的穆天宇,竟然是以这种方式成长和学会了理解他人。
穆天宇抬起头,挤出一个微笑:“你的事我听谭力力说了——有什么我可以帮你的吗?对了成绩要达到前10%,期末之前都要一起自习啊,不许偷懒!”
微明被穆天宇的反常弄得有点愣住了,但他没多想,点点头:“好。”
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