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假如日本发生地震,地铁会怎么样?

本帖由 漂亮的石头2016-12-06 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

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    日报标题:如果地震来了,你正在地铁里……

    [​IMG] 猪小宝,博士僧 | 一级注册结构工程师

    不会怎样。甚至可以说,地铁是地震中最安全的地方之一。

    注意「最安全的地方」这句话的意思。最安全的地方,并不是说地铁绝对不可能坏,而是说,如果连地铁都坏了,那地面上的建筑物差不多基本就都坏了。绝大多数的一般地震,都是地面建筑物破坏,但是地铁基本不会坏。

    我们这里说的地铁是指狭义的地铁,也就是真的在地下隧道行驶的地铁,不是像上海三号线那样的城市高架或者直接位于地面的轨道。

    原因很简单,地震对建筑物造成破坏的方法主要是地面运动引发的惯性力。简单说,地面动了,建筑物的基础跟着地面一起动,但是建筑物的主体部分因为惯性并不会移动,还会保持停留在原来位置的状态,这就造成了惯性力。

    最简单的类比,你站在公交车上,没有抓任何扶手,这时候公交车突然急加速或者急刹车,你一定会被甩的前仰后合。为什么?因为你的脚跟着公交车发生了急加速或者急减速,但是你的身体还在保持惯性,而且你的身体集中了你的大部分质量,所以你就会被身体产生的惯性力甩倒。地震中的建筑物为什么会倒?也是一模一样的道理。

    而地铁本身位于地下,所有的质量都在地面以下,也就是说,不会有维持惯性的那一部分地面以上的质量。同样的类比,高楼大厦像是你不抓扶手站在公交车上,而地铁就像是你趴在公交车地板上,或者像是你躺在公交车底盘和地板之间,这时候,不管公交车怎么加速减速,你都不会被甩出去。

    地震波分为体波和面波。简单说,体波就是在地壳内部传输的机械波,而面波就是在地壳表面传输的机械波。事实上,对建筑物造成破坏的绝大多数贡献都是面波。而地铁因为在地面以下,所以受面波的影响大幅减小。同样的类比,不管海面上风暴如何猛烈,波涛如何汹涌,一定深度以下的潜艇几乎不会有任何感觉,这也是同样的道理。

    一个实际的例子,1989 年美国加州湾区的 Loma Prieta 地震,矩震级 6.9 级,共造成 63 人遇难和 3757 人受伤。

    这是地震造成的地面高架道路的破坏:

    [​IMG]

    这是连接旧金山和奥克兰的桥梁的破坏:

    [​IMG]

    同样的位置,还有一条连接旧金山和奥克兰的地铁 Transbay Tube:

    [​IMG]

    地震发生的时候,有一列地铁列车正在这个地铁隧道里行驶。司机在接到通知之后立刻停车,事实上,地铁司机和乘客没有任何感觉,他们甚至都不知道已经发生了地震。工程师检查了整个地铁隧道,没有发现任何破坏,地铁在震后仅仅六个小时就恢复了正常运营。因为同样位置的桥梁被地震震坏,需要一个月的时间才能完成抢修,所以这条地铁成为了这段时间内连接旧金山和奥克兰的唯一的跨海通道。(参见 25 years after Loma Prieta quake: BART, then a lifeline, now stronger than ever

    当然,我知道会有人抬杠。我这里说的是勘察科学、设计合理、施工质量有保证的地铁。如果没有做到这些,那么地铁完全可能会在地震中出问题,但这完全是另外的问题。

    图片来源:

    Looking Back at '89 Loma Prieta Quake, Planning for Next One

    Historic Earthquakes

    https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Transbay_Tube_Route_(2).svg

    阅读原文
     
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