［摘要］首先说明科学和技术的区别，许多人认为理论发现不是创新贡献，其实理论发现不比发明简单，它需要大量工作和思考，要找出事物的规律，需要多方验证，轻易不能下结论。伽利略惯性定律、牛顿力学三定律、万有引力定律、门杰列耶夫元素周期律、爱因斯坦相对论等，都是许多人历经几百年，最后由一个伟大而天才人物完成。本文是继二维、传统牛顿刚体力学之后，使更接近实际的灾变工程，重点在“变”。灾，只是前提条件。要在不同的“灾害”面前，找出它们的破坏规律。科学不是技术。
Probe into mechanism of disasters
Xu Guobin
(Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
Abstract: First explain the difference of science and technology, many people consider has not achievements, Because pure theory has nothing to see and to touch. But theory needs a lot of samples and labour and needs to test and verify its correctness anywhere. For example: Test of relativistic time dilation with fast optical atomic clocks at different velocities. (Albert．Einstein) create relativity, he find the time dilation is one of the most fascinating aspects of special relativity as it abolishes the notion of absolute time. It was first observed experimentally by Ives and Stilwell in 1938 using the Doppler effect. Here we report on a method, based on fast optical atomic clocks with large, but different Lorentz boosts, that tests relativistic time dilation with unprecedented precision.
Kay words: Disaster; science; technology
为了使“灾变”成为一门完整的“学科”。须要理论，因灾害有很多种：火灾、风灾、旱灾、水灾、地震灾害等，这么多种灾害，再由这么多种灾害中找到它们共同规律，谈何容易。经过多方努力。本文力图用较少篇幅说明灾害的机理，并找出由灾害引发的破坏，这个机理（原因）受什么控制？共同因素是“能量”（这是科学问题）。然而每种灾害的破坏的能量又不相同。还要做大量工作——这就是技术问题了。本协会在此有一定优势，已经有20多年的实践经验。老教授协会、土木专业委员会几十年的工作，就是这方面的技术工作。各位专家都努力、细致地从事纠偏、增层、改建、移位、托换的工作。每项工作都各有特色，需把握工作特点，安全地从事工作。因为研发了新的三维力素——矩偶，而材料力学、结构力学、弹性力学等理论力学等后续课程中的内容，因原来都是在一、二维力素的基础上研发的。有了三维力素，都不对了。本人在三维力素数的基础上研发新的系统。其中主要的是欧拉临界力公式、薄壁杆件理论也不对[详见稳定理论公式，和薄壁杆件理论（由于没有三维力素的概念，必然导致内力自平衡的错误概念。）当然还有别的错误。伏拉索夫是笔者的恩师，他生前笔者曾请教过伏氏，但没来得及回答，非常遗憾，他，一代天才已逝世。目前只能按照笔者的说法讨论了。
1 科学发现（科学创新）：
简单地说，科学是探索自然界的客观规律的学科。其归口是科学院。而技术是改造客观世界的学科。例如新设备、新事物、新方法都是技术领域的。同时可以申请专利。最高归口单位是工程院。例如伽利略的惯性定律、牛顿万有引力定律、爱因斯坦狭义、广义相对论、徐氏“多维变形体力学系统”均属于“科学”范畴。
量子力学的成果也是启发，在“波、粒2相性”基础上，用“波函数”描述微观粒子的各种运动态，由相应的各物理量算符作用于相应的波函数，并类比经典力学的正则运动方程，建立通常的量子力学。并扩展到将电动力学纳入4维时空的正则运动方程，相应建立通常的量子场论(包括QED、QCD 等)等理论。
导出了区分“可对易”与“不可对易”的两类物理量对，以及位置误差与动量误差的乘积不为零的，不同于通常矢量运算的重要结论。在此基础上，由量子力学导出的位置误差与动量误差的乘积不为零的结论，就被解释为：各单个物质粒子的位置和速度不可能同时精确地测量的所谓“测不准关系”。
而一些由时空起伏引起的现象(如所谓“隧道效应”、“量子真空能量” 等) 和多个粒子的彼此关联、相互影响而产生的“粒子缠结”等也就都被认为是由物质的“不确定性”而产生，（混沌问题）等等错误哲学观点，都未能得到彻底消除。这是树和森林的关系,即使我发现了一套完备的统一理论,但由于受量子力学的不确定原理给我们的预言，能够设立的限制,对此我们也无法克服,近似解，对于应用通常已经足够了,而93%的准确率正是笔者所追求的最高目标,当我们判断错误的时候,就要"止损"出局观望，给自己一个机会，,因此，"止损" 原则，实质遵循的是“量子力学”原则，我们是树和森林的关系，即使发现了一套完备的“统一理论”，,但由于受量子力学的“不确定原理”给我们的启示，能够使近似、模糊解对于工程应用，以前已经足够了,而93%的准确率正是所追求的最高目标。达到了现在，目标是精确化，且条件已成熟，什么都计算机化了，要精确化已有可能，不单是运算可以精确，数学建模、运算思维、运算方法都应该精确化。自从研发了三维力素后，这一切才有可能。
2 灾害的类型
2.1 风灾
风的参数很多，但起控制作用的仅为风速（或风压）。暂时用风压作为控制参数。为了便于和其他灾害接口，宜采用能量作为控制因素。这对以后的理论研究较便利。
如果只谈风灾的话，关键因素是风速（或风压）。最好采用风的能量作为控制指标。这样便于和其他灾害接口。风速和风压有函数关系，是一回事。如果没有函数关系，就分别是独立的“维”。在此问题上，传统力学就把时间看成座标的函数，（本来应该是另一个独立维，）这样，如何控制风荷载的指标，应采用试验方法。就如同材料的强度指标，也是根据实验结果得到许用应力值[σ] 。至于失稳临界力也需要实验，才能确定。而疲劳许用应力值也需用实验确定。
建筑结构要考虑它的作用和危害，受灾后应处理，之所以严重，是因为它产生的荷载方向与常规的自重（恒荷载）、活荷载的作用方向不同，对主要支承结构（柱）、基础等残生巨大弯矩，而弯矩是最不利的结构内力，在它的作用下，应力分布不均匀，结构极易破坏。结构垮塌，次生灾害极为严重，必定产生人员伤亡和财产损失。由于对风的形成规律并不完全清晰，故防不胜防。
对不同结构其作用也不相同，对刚性结构作用小、对柔性结构（轻钢结构、索结构、膜结构作用巨大，一有大风，首先破坏的是索膜结构。膜结构在风的作用下，将静力荷载转变为动力荷载。应力进一步增大。
2.2 地震灾害
地震灾害属于地质灾害的一种，且随机性大，震源发生在地下深处，人类难以达到。对他的研究只能用概率、数理统计的方法，求其统计值。每次地震释放的能量大，但不是都被建筑结构吸收。如何计算结构物吸收的能量，也应通过实验确定。故所需做的工作亨多。凡是经过一次大的灾害，势必引起许多技术人员的关注，往往在一些重大关键技术问题上取得突破。根据山标的灾害，对地震机理进行了探索得出了大地漂移论、板块理论等：
图1 地震机理
2.3 水灾
水灾是随机荷载，可能伴生泥石流、堰塞湖，这是本学会的事物。什么条件才可能产生泥石流、堰塞湖。 山区因与虽冲刷可能形成泥石流，组赛河道形成堰塞湖可能引发更大灾害、铁路交通、公路交通，埋没建筑、生命财产受损等，水灾和滑坡、泥石流、堰塞湖、合在一起危害人类。
我国西部地区，山区经常发生地质灾害（滑坡、泥石流、洪水、沉陷、堰塞湖等）或几种合在一起。形成难以预防的灾害。是西部开发碰到的难题之一。我国西部地区缺水、不下雨、一旦下雨，又泥石流、滑坡、等灾害。
2.4 雪灾：
1997年1月1日辽南一次大雪，在鞍山同时压垮了7个波纹拱壳钢结构。当然此种结构本身也存在问题（笔者曾撰文谈了对此种结构的看法），稍一超载必定垮塌。2007年3月辽南又一次大雪，沈阳以南地区垮塌了近200万平米的轻钢结构，所有波纹拱壳全部垮塌。紧接着河北、宁夏、新疆、山东此类结构陆续垮塌。钢结构这么多垮塌，笔者认为除了外界的“灾害”，还与结构自身的不合理有关。
雪灾又是一种无法预料的随机荷载。雪灾也是一种自然灾害，和降雨雪有关，温度低时下雪，雪过多就成灾。其特点就是短期不消失的荷载。设计时未予考虑这么大。荷载过大结构垮塌，1997年一月，辽南大雪，2007三月又一次更大的雪。近200万平米的钢结构垮塌。至于是否超规范，说法不一。建设部门说超规范（有推卸责任之嫌，）但气象部门说没超规范，（也有推卸责任之嫌，）加之未考虑三维力素（荷载，也就是理论上就少了荷载）使结构本来就偏不安全，加上雪荷载，造成大片钢结构倒塌。
工程事故：2008年初我国南方一次大雪，倒塌了46000座触电塔，倒塌之多，不是个例，说明设计有问题。手指粗的电缆电缆直径10mm的电线，裹冰达到直径300-400mm。工人抢修输电塔，没有对称清理，产生矩偶，而倒塌。造成许多工人伤亡。这是惨痛教训！也是开始对“矩偶”存在的不认识。见图示，倒塌的输电塔，检修工人被摔死、砸死。百年不遇的下雪、化冻、再结冰，裹冰等作用下，使细细的电缆变成巨龙。有4.6万根输电塔倒塌。值得注意的是：当时未垮，当工人上去清理积雪时，以为荷载小了，但受力不同，出现了原力学没有的三维矩偶而垮塌，（说明三维“矩偶”的客观存在，不是人为造出来的力素）。又如甬温动车的重大事故，京沪高速铁路设计用同一理论、同一规范加之各种不利随机因素的随机叠加。返回来再谈输电塔的根部（支座）处的杆件，计算误差较大。一旦超过安全系数，就可能垮塌。然而当时并未认识到这点。悲剧就发生了。但是甚至对稳定问题也仅刚刚开始。在一系列稳定工程事故出现后，对“稳定”才认识越来越深刻。对稳定问题直到现在还不能说认识清楚了：这次涌温动车的严重事故，证明了矩偶的存在。和稳定问题应如何理解，弯曲失稳（包括对X轴和Y轴，即对IX和IY的弯曲稳定，以及对Z轴的扭转失稳。）前者就是欧拉公式所阐述的失稳，后者和杆件长度无关，只和杆件的直径有关。
图2 冰雪致输电塔损坏
3 经验教训：（失败是成功之母）
许多大的突破，无论是理论上的还是工程实践上的，都和大的工程事故有关，只有大的工程事故才能引起技术人员高度重视。故“保密”的做法不可取，掩盖的做法，只能使同样事故再次发生。例如：
（1）加拿大魁北克大桥的垮塌，此桥当时是全世界认为最权威的美国库博设计施工的。垮塌公开后，引发人们的深入思考，提出了强度破坏前可能出现“受力平衡的稳定性”问题。失稳破坏后，最终引发强度破坏。此问题是个深层次的问题。人们以前没接触过，18世纪是材料强度还较低，没有失稳问题。1744-1774年是欧拉研究“弦振动”问题，还没有“失稳问题”，只是两个问题有些类似。故后人把两个问题混为一谈，两问题提出，相差近100年。
（2）欧洲大型煤气罐立柱的垮塌发生，引起严重大火，损失惨重，通过这些大事故才在理论上提出深层次的稳定问题。
（3）1940年美国华盛顿州、西雅图塔科马悬索桥的垮塌，引发了对桥梁震动的研究，美国振动专家邓哈托提出了“自激振动”的概念。
（4）2010年鄂尔多斯干煤棚的垮塌与2002年上海浦东造船厂塔吊的垮塌，深入研究后，笔者提出了慰问地理论新概念。
［作者简介］徐国彬，北京交通大学教授，北京市海淀区上园村3号，邮编：100044，电话：010-51682312，
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