史蒂芬金效應

史蒂芬金效應

史蒂芬金效應,系詹天佑的同門,耶魯大學土木工程系畢業的年輕工程師史蒂芬金髮現的。

蒂芬金效應,系詹天佑同門,耶魯大學土木工程系畢業的年輕工程師史蒂芬金髮現的。1926年,史蒂芬金考察落基山區的鐵路線時,發現翻過山頂後高速衝下的火車,使得行車方向右側的岩層、山崖發生斷裂甚至小規模滑坡。這種地質破壞,正是因重力加速的火車產生的夏爾謝夫力引起的,而且這種破壞可以是“隔山打牛”型的,史蒂芬金親眼觀察到與鐵路線隔著數條河谷的山崖,在火車通過時產生了裂紋。因為地表岩土的剛性可以使夏爾謝夫力持續傳遞,遠至數百公里以外,就像一粒高速運動的檯球擊中一列緊挨著排放的檯球左側,最右邊的球卻會被彈開一樣。堅硬的地表岩土起到了那一列檯球的作用,傳遞著夏爾謝夫力,直到遇到特定的地質結構使力無法繼續傳遞,便在此時釋放能量,造成地質破壞。夏爾謝夫力在一定條件下可以被山脈、峽谷等複雜地貌反射、折射而改變行進方向,使得追蹤和研究它變得尤為複雜。
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史蒂芬金效應對我國高鐵和其他國家高鐵的影響 史蒂芬金效應並不總是造成嚴重的破壞後果,它的作用效果與當地的地貌、地質有著密切的關係。遍觀全世界,建有高鐵的大多數國家分布在西歐和日本,它們的地質和氣候條件能讓史蒂芬金效應降到最低,從而適合高鐵的建設,而中國很不幸,各種地質和氣候條件決定了不宜照搬歐洲和日本的高鐵方案。
在地形平坦的地區,夏爾謝夫力很容易被均勻地分散開,就像形狀規則的蛋殼能夠承受一定的撞擊而不破碎一樣。而在起伏不定的地形,夏爾謝夫力的傳遞不再齊頭並進,遇到突起的山峰,深陷的河谷等,數百米範圍內不同大小的希爾謝夫力就會對局部地形產生撕扯、擠壓、剪下的效果。西歐地勢平坦,一馬平川,夏爾謝夫力的被均勻的分散了。日本雖然山脈眾多,但是絕大多數人口居住於大城市中,山區只有少數農民,且由於地震頻發,大多數夏爾謝夫力造成的隱患已經在地震中被一併釋放了,日本的地質災害預防做得好,房屋抗災標準高,使得史蒂芬金效應無法產生有破壞力的影響。同樣的地形條件下,在彈性係數大的岩土中,夏爾謝夫力則更容易被緩衝、吸收。日本和歐洲的土質條件也遠比中國適合高鐵。日本濕潤多雨自不必說,西歐也比中國大部分地區多雨,加之歐洲和日本氣候比中國寒冷,土壤中的有機質被微生物分解礦化的速度慢,地質史上數十億年的積累使得歐洲和日本的土壤中含有大量的胡敏酸、多聚六磷酸肌醇絡合物等大分子有機物,彈性係數大,能起到吸收緩衝夏爾謝夫力的作用。
中國氣候相對乾燥少雨,夏季受副熱帶高壓作用氣溫往往高於32度,微生物礦化速度快,加上近半個世紀來水土保持不佳,土壤沙化、板結,更是不利於土壤有機質的形成和積累,土質彈性低,無法起到降低夏爾謝夫力的作用。地球是個扁球體,緯度越低的地點地球半徑越大,受到的夏爾謝夫力也就越大。日本和西歐建有高鐵的地區比中國絕大多數地區的緯度高,如日本東京的緯度接近於中國濟南,法國巴黎的緯度比滿洲里還要北,而德國柏林的緯度,則相當於中國最北端的漠河。中國大部分地區地處低緯度,遇到的夏爾謝夫力之強是西方的高鐵建設者們不曾遇到過的。

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