地震的扭波理論---李泰來

http://web.wenxuecity.com/BBSView.php?SubID=kxtw&MsgID=11389 扭波不能通過流體和柔性物體，可以采用柔性材料如橡膠作為建築體的“輪胎”，阻止扭波進入建築體，從而達到防震文 | 張慶洲玉樹碎了。人們把淚水和金錢灑向玉樹。三次令人心碎的地震，唐山、汶川和玉樹，我的采訪也進行了三次---追蹤非主流科學家李泰來。玉樹地震之前，李泰來跟我說：海城地震後，唐山人活得好好的，唐山地震帶走了數以萬計的生命；唐山地震之後，汶川人活得好好的，汶川地震又帶走了數以萬計的生命。汶川地震之後呢？下一個大地震還會帶走多少生命？我們活在兩次地震之間啊！玉樹地震之後，我再次采訪了李泰來。他依然在研究地震波，把電視台播放的玉樹地震實況全部錄製下來，翻拍成照片。汶川地震的時候他就是這麽幹的---從5月13日開始，他把數碼相機對準了電視屏幕，拍了12個晝夜，困了就眯一會兒。“玉樹地震以後，我睡不著覺。”80歲的李泰來聲音顫抖，“唐山人不能白死，汶川人不能白死，玉樹人不能白死，我們總得做點什麽了！”他說，中國是多地震的國家，地震預報還不盡如人意，建築物就顯得格外重要。為什麽格外重視建築？我們現在的建築物有什麽問題？一切來源於他發現的“扭波理論”。扭波是真正的破壞元凶張慶洲（以下簡稱張）：玉樹、汶川和唐山，三次地震破壞有什麽區別？李泰來（以下簡稱李）：被破壞的建築物，三地幾乎一模一樣。地震不僅僅是兩種波---縱波和橫波，扭波是真正的破壞元凶。我的扭波理論再次得到了百分百的印證。從現象學的角度看，煙囪是旋扭的，房柱是旋扭的……完全模擬了扭儀試驗。張：我們都知道地震波隻有兩種---縱波和橫波，你卻提出扭波理論，能用形象的語言解釋一下嗎？李：縱波、橫波和扭波，三種波同時生於同地，是一母所生的同卵三胞胎。由於傳播速度不同，在傳播過程中逐漸拉開了距離，從而形成了三個單獨波列。在一次地震中，縱波首先到達地麵，間隔一段時間橫波到達，最後是扭波。張：哪種波對物體的破壞最嚴重？李：是扭波。扭波強度最大，持續時間最長，破壞力最大。張：你簡單通俗地講一下，扭波如何破壞建築？李：在當代，根據橫波理論設計，一旦地震來臨，建築物照樣倒塌。比如阪神地震中的高架公路，鋼筋水泥連成一體，日本人認為是最抗震的設計，可是全部倒塌了。美國有個紀錄片叫《地牛翻身》，解說詞說：“高架公路的倒塌，使全世界的工程師感到恐慌，不知怎的，這種道路竟然還是不堪一擊。”按照扭波理論，就很容易理解為什麽高架公路首先遭到破壞。扭波是扭動破壞的，合成一個很大的扭力矩，扭力矩的大小與它的長度成正比，長長的高架公路會產生極大的扭力矩。所以說，高架公路邊的房子可能不被破壞，但高架公路首先被破壞。唐山啟新水泥廠5個水泥倉連在一起，是鋼筋水泥澆注的。這個龐大建築物夠結實吧，地震一來，水泥倉全部趴架。按照縱波、橫波來講，鋼筋水泥澆注的根本不應該壞，可它不但壞了，還徹底趴架了。5個水泥倉連在一起，合成了一個巨大的扭力矩，把56根0.5米見方的水泥支柱從柱頂全部扭斷。張：你的理論如何應用於現實，也就是建築物如何才能抗震，你能舉一個實例嗎？李：抗扭啊！我就叫5個水泥倉跟地基不連接。這個辦法是老祖宗發明的---石柱礎。石柱礎活端可以消扭。中國的宮殿、廟宇、木塔和穿鬥木結構民房，其豎柱、橫梁、榫結連成一個整體，平放在石柱礎上，具有非凡的抗震能力。張：我們的祖先未必意識到了扭波。李：但他們知道石柱礎的作用，幾乎所有的宮殿、廟宇都是這樣設計的。你看溧陽民房的圖片，大都是穿鬥木結構，平置於石柱礎上，牆體隻起圍護作用。地震後前沿牆坍塌，但房架仍然完好。當代建築沒有石柱礎，有的為了好看搞個假石柱礎，鋼筋水泥立柱與地基連接一體。看著牢固，大地震一來先從根部切斷。北京故宮和南京明故宮是明朝建築，全都是石柱礎。石柱礎本身不絕對抗震，還要遵循三個基本原則和八項措施。譬如說，房架必須榫結牢固等。張：你談談三個基本原則和八項措施如何？李：防扭抗震的三個基本原則：一是阻止扭波進入；二是消耗扭波；三是增強抗扭能力。八項措施是：截波、加箍、結牢、加筋、地下、空端、底小、輕質。張：能不能講一講每一項措施具體怎麽做？李：比如“截波”，扭波隻能由固體傳播，而不能通過液體和氣體，若將房屋建在輪胎或氣墊上，或增加橡膠的應用，可以減免地震破壞。國外也有類似的實驗。又如“加箍”，扭波可使煙囪、房屋四麵開花鉛直墜落，加箍可防止物體沿豎直薄弱帶裂開四麵開花。再如“結牢”，物體加箍後，雖然不再四麵開花，但會分層水平旋扭，如果再將它的上下各層相互結牢，則可以防止物體沿水平薄弱帶裂開平移脫落。其他各項都有具體闡釋，比較複雜。而且各項之間需要根據不同的情況相互配合使用。地震實況跟書上說的不一樣唐山大地震後，李泰來向弟弟借了個照相機，騎著自行車在地震廢墟間穿梭。三伏天剛過，熾烈的白光照耀著小山一樣連綿不斷的廢墟。他越調查越覺得地震實況跟書上說的不一樣。李泰來從唐山返回南京，運用地質力學的分析方法，逐步發現了地震有縱波、橫波和扭波。扭波產生扭動，扭動產生地震破壞。這種破壞不在物體外部，而在物體內部。比如說樓房，扭波在樓房內部扭動，將其扭酥扭散，繼而“趴架”---四麵開花垂直下落。張：你在唐山大地震中發現了什麽？李：唐山地震之後，我上火車站天橋一看，在地震烈度為10到11度的地區內，房倒屋塌，電線杆卻直立如初。跟《地震烈度表》畫的不一樣。當時的《地震烈度表》，電線杆的傾斜角度是劃分烈度的重要標誌：電線杆在地震烈度6度時開始傾斜，傾角隨著烈度的增加而增大，至11到12度時完全傾倒。我對唐山震害進行了大範圍實地考察，結合江蘇溧陽、遼寧海城、雲南龍陵地震的破壞資料，總結出與橫波不同的地震破壞的十個基本規律，搞清了地震破壞機製，通過應力分析發現了扭波。1978年11月，中國地質學會在北京召開“第二屆全國構造地質大會”，李泰來把他的論文《地動---岩石循環論》寄到了大會組委會。論文署名---南京橡膠二廠電工李泰來。他的論文與橡膠有關，首次提出了“扭波不能通過流體和柔性物體，可以采用柔性材料如橡膠作為建築體的‘輪胎’，阻止扭波進入建築體，從而達到防震”的理論。李泰來的扭波理論令組委會陷入思考：全世界都知道地震波由縱波和橫波組成，怎麽就出來了第三種波---扭波，會有第三種波存在嗎？有一位專家對李泰來的論文這樣評價：科學的春天看來真是來到了，連橡膠二廠的工人也搞起地質研究來啦。此人的輪胎理論，是不是在推銷自己的橡膠產品哪，哈哈……中國地質學會構造分會的一位理事說：李泰來是我的大學同學，他現在在橡膠廠，那是曆史的錯誤……他身處逆境，依然癡情於科學事業，我們應該為他驕傲！李泰來出生於唐山，1953年從長春地質學院畢業，1955年調往南京地質學校，1958年被打為“右派”。1962年恢複人身自由後掃過馬路，納過鞋底。1966年成為南京橡膠二廠的一名電工。在最艱難的時候，他也沒有放棄研究地質學。1978年政策落實後他成為東南大學副教授，後又被評為教授。就在被專家譏笑的兩年後，也就是1980年，《參考消息》報道：美國和印度尼西亞合作進行了采用橡膠鋪放在建築物下以防震抗震的實驗。目前的實驗不是模擬地震破壞，是人為破壞扭波理論沉寂了將近30年。理論隻是理論，沒有科學實驗不行，無法令人信服。但是，“唐山人不能白死”，從中年到老年，李泰來的這個念頭也沒死。唐山地震30周年之際，“李氏地震扭波破壞模擬實驗儀”誕生了。2006年，在“唐山地震30周年抗震減災學術研討會”上，李泰來向100多位與會者演示了扭儀。會議室一片寂靜。李泰來的開場白有點悲壯：我今年77歲，是教構造地質的老師，退休多年，算業餘地震工作者吧。我和兩個弟弟一道研製了“李氏地震扭波破壞模擬實驗儀”，在扭儀上可以把地震扭波的產生、傳播和破壞全部展現出來，讓大家都能親眼看到地震破壞的全過程，知道應該如何設防地震……唐山賓館容納了這麽多中國科技界的精英：院士、研究員、副研究員，院長、所長……他們漸漸明了，扭波理論不容小覷，無論是謬誤還是真理。演示結束後是提問時間，人們紛紛湧上主席台。主流科學家們盯著“扭儀”看了又看，儀器雖然僅有半張寫字台大小，四五指厚，但功能卻是世界一流的。它的特點在於：扭波強度（地震震級）不但可以事先調節，在實驗過程中還可以隨時進行調控；一例扭波實驗可一次完成，也可分段進行，便於定格觀察各個階段的破壞現象。李泰來的報告很成功，很多主流科學家對他表示支持。但是會後，他提交大會的論文依然如泥牛入海。在我們現行的專家決策製下，一名非主流科學家提出的理論很難逾越這道門檻---主流科學家有主流科學家的難處。扭波可以沉睡，但絕不會死亡。2008年10月13日，第十四屆世界地震工程大會在北京召開。這是地震工程領域最有影響力的學術性會議。李泰來向大會提交了論文《扭波扭儀模擬預測地震破壞》及附件光盤。張：參加這次重要會議，你最大的收獲是什麽？李：世界關於地震破壞研究的成果一覽無遺。科學家們已經發現，傳統的縱波和橫波理論無法解釋發生的地震破壞實況。他們進行的依然是搖床式科學實驗，無論是二維的、三維的……都無法產生扭波。2006年1月，日本在三木市做了世界上最大的三維地震破壞模擬實驗，六層實驗用大樓水平搖晃，兩個立柱斷裂，桌子跳動，也不旋扭，與地震破壞實況不相符。中央電視台播出了好幾次。他們模擬的不是地震破壞，而是用機械力把物體搖斷。不論是一維二維三維的，不論是機械式的電磁式的液壓式的……都是外部力量使實驗平台連同待測物體一起定向搖晃，製造刹車效應，由於慣性產生瞬間反向運動將物體撕裂、切斷、顛覆。從本質上講，這不是模擬地震破壞，是人為破壞，與地震破壞無關。搖床式與我的扭儀是兩個完全不同的概念。張：與會國代表反映如何？李：日本科學家看過扭儀演示，馬上和我們交流情況，先後找我談了兩次。有意思的是，正是中央台播放6層大樓破壞實驗的那個日本廠家。第二天，還邀請我把扭儀放到他們展台上去。我沒去。我覺得科學沒有國界，但科學家是有國界的。我有幸觀摩了扭儀模擬地震破壞的科學實驗。扭儀指示燈亮了，聲光警報器紅燈閃亮，在刺耳的警報聲中地震驟然來臨！繼而實驗平台發生振動，扭波進入待測物體。樓房在坍塌，鋼軌在扭曲，煙囪在緩緩地扭裂……我看到了40個模擬實驗。其中有4個是模擬扭波的產生、傳播和破壞原理的，有28個是模擬地震破壞十個基本規律的，有8個是模擬驗證防扭抗震八項措施的。40個模擬實驗僅用了12分53秒，幾乎涵蓋了所有的地震破壞現象。“扭波理論”是真理，還是謬論？不管怎樣，這位80高齡的倔強老人都令人難忘。■（張慶洲：唐山人，作家，《唐山警示錄》一書以及報告文學《青龍抗震奇跡考》作者）