论文部分内容阅读
建在鹅卵石上的水坝，为何能屹立千年？
广西兴安县境内有一条静静的小河流淌在岭南群山的深处。
正是这条貌不惊人的小河，打通了长江与珠江南北两大水系。在这条小河与湘江的交汇处，一座屹立千年的独特水坝，竟让现代科学遇到了似乎难以解释的谜团。 (图1)。
(1) 说是一座水坝，看上去更像是躺在河道中的一堆乱石，然而平凡中却隐藏着秘密
当地人传说，这座看似普通的水坝，实际上是几千年前一个巨大工程的一部分。
这么说来，这座乱石堆成的水坝矗立在这里至少已经上千年了。事情果真如此吗？
当研究人员试图确定水坝的具体年代时，一个奇怪的现象出现在人们面前，因为这座水坝居然是建筑在一层鹅卵石上。
按照现在建造水坝的技术要求，在鹅卵石层上根本不可能建造坚固的大坝。因为在水流的不断冲击下，鹅卵石会不断被冲走、淘空，最终导致水坝崩溃。
不可思议的是，几千年前的古人的确就是这样建造这座水坝的。那么，古人的这种技术究竟是否高明呢？
这个似乎根本无法完成的工程，究竟是怎样修筑的？大坝的水下到底是什么不为人知的技术？由于没有详细的文献纪录，研究人员多年来总是找不到丝毫头绪，直到一根木头进入人们的视线。
唐丁宁（灵渠研究者）:我们重修小天平坝，才把这个谜解开了。
在一次精心修缮中，工匠们潜入水下对坝底外围进行加固，无意间从大坝水底外围换下来的一段木头，引起了研究人员的注意。
唐丁宁:这根松木当时相当完整，足以证明这个技术在修筑大小天平坝的时候是完全成功的。就是这个技术，保证了大小天平坝能够在砂石层上修筑。同时能够承受洪水的冲击（图2）。
(2) 这根从水下换上来的已有2000多年历史的木头，揭示了当时人们所掌握的令人惊异的筑坝技术
唐丁宁:就是先在砂石里打木桩，然后再铺上松木，最后把这个巨石垒在松木上，筑成堤坝。
木桩一方面起到支撑大坝的作用，另一方面穿透鹅卵石层深深地插入下面的土层中，这与现代建筑中的钢筋和桩基所起的作用是一样的。上方的压力越大，木桩抓地与支撑的作用就越强，这正是大坝能够历经千年不倒的原因。
但是，仅凭这些，还不能使大坝保持2000多年不倒。在今天的施工方法中，如此规模的大坝都是以混凝土浇筑，使整个大坝浑然一体。可是，这座大坝完全由石板组成，是什么能使这些石板彼此牢固地连结在一起呢？难道在2000多年前就有什么特殊的粘合剂？真的像传说中的那样，用熬出来的小米汤粘合连结这些石板吗?
在进一步的研究中，在构成大坝的石板之间并没有发现任何用于粘合的物质，可是，它却在激流中屹立了2000多年。这实在是难以想象。
细心的学者经过长时间的观察突然发现，在构成奇怪大坝的石块上都留有一些相同的凹槽。而且，在坝面上还有许多高低错落，参差不齐的石片，那么，这个凹槽会不会是解决问题的关键，这些石片和凹槽又有着什么样的关系呢？
唐丁宁:在两块巨石之间凿上燕尾槽，在燕尾槽里面搁上铁码子，用铁码子把两块石头锁紧。每一块石头都用这样的办法处理以后，整个大坝就浑然一体。再大的洪水也没有办法把这些巨石冲走（图3）。
(3) 图组:燕尾槽和铁码子，正是这些东西将石板连结形成一个整体
这些竖插起来的鱼鳞石在水流的冲击下，受到向下作用力的影响，向下插得更深。加上洪水带来的泥沙冲进鱼鳞石的缝隙中间，使得石坝更加牢固。
原来，越坝而过的洪水被这些鱼鳞石阻挡之后，速度减缓，减轻了对大坝后面河床的冲击。燕尾槽、鱼鳞石和独特的建筑方法构成了这座深山大坝的独特结构，保证了大坝的安全。
与此同时，这座大坝有着更独特的外形。它不是通常的一字形，而是人字形。人字形把扑面而来的江水形成的正面压力变成侧面压力，人字形长边和短边长之比是3比7，江水也按这个比例被分开。拦水、分流、泄洪，设计者将这3项完美地结合在一起，保证了大坝屹立2000多年而不倒（图4）。
(4) 人字形大坝示意图
当时的人们为什么要在崇山峻岭之中建造一个如此精巧的工程呢?
水坝建成的年代在战国末期，处于秦国统治的时代。难道这座精巧的工程，和古时候的秦国有着什么神秘的联系吗?
就在离这座坝不远的地方，研究人员发现了一些奇怪的城墙，城墙的建筑方法竟然与长城的建筑方法有着惊人的一致。
与这些城墙一同被发现的还有大量的秦军兵器和秦朝的生活器具。可以肯定，岭南深山中的这些城墙遗迹，正是2000多年前秦朝军队的防御工事。
2000多前的这里究竟发生了什么？
在专家的考证中，一条清晰的脉络在人们眼前展现：2000多年前，强大的秦国把目光转向了岭南地区，他们在崇山峻岭中征用大量的工匠，修建了这条输送粮草和军队的秘密通道。建立在深山里的水坝，正是秦军用于解决河流落差，进行梯级运输的重要工事。当年，中原的粮草铁骑就是通过这条河流运到南岭，南岭以南的盐、铜等也通过这条河流运住中原。
这座水坝和长城一样，都是为了战争而建造的。现在，长城早已失去了当初的功能，而这座水坝依然灌溉着两岸的农田，未来仍将如此。
广西兴安县境内有一条静静的小河流淌在岭南群山的深处。
正是这条貌不惊人的小河，打通了长江与珠江南北两大水系。在这条小河与湘江的交汇处，一座屹立千年的独特水坝，竟让现代科学遇到了似乎难以解释的谜团。 (图1)。
(1) 说是一座水坝，看上去更像是躺在河道中的一堆乱石，然而平凡中却隐藏着秘密
当地人传说，这座看似普通的水坝，实际上是几千年前一个巨大工程的一部分。
这么说来，这座乱石堆成的水坝矗立在这里至少已经上千年了。事情果真如此吗？
当研究人员试图确定水坝的具体年代时，一个奇怪的现象出现在人们面前，因为这座水坝居然是建筑在一层鹅卵石上。
按照现在建造水坝的技术要求，在鹅卵石层上根本不可能建造坚固的大坝。因为在水流的不断冲击下，鹅卵石会不断被冲走、淘空，最终导致水坝崩溃。
不可思议的是，几千年前的古人的确就是这样建造这座水坝的。那么，古人的这种技术究竟是否高明呢？
这个似乎根本无法完成的工程，究竟是怎样修筑的？大坝的水下到底是什么不为人知的技术？由于没有详细的文献纪录，研究人员多年来总是找不到丝毫头绪，直到一根木头进入人们的视线。
唐丁宁（灵渠研究者）:我们重修小天平坝，才把这个谜解开了。
在一次精心修缮中，工匠们潜入水下对坝底外围进行加固，无意间从大坝水底外围换下来的一段木头，引起了研究人员的注意。
唐丁宁:这根松木当时相当完整，足以证明这个技术在修筑大小天平坝的时候是完全成功的。就是这个技术，保证了大小天平坝能够在砂石层上修筑。同时能够承受洪水的冲击（图2）。
(2) 这根从水下换上来的已有2000多年历史的木头，揭示了当时人们所掌握的令人惊异的筑坝技术
唐丁宁:就是先在砂石里打木桩，然后再铺上松木，最后把这个巨石垒在松木上，筑成堤坝。
木桩一方面起到支撑大坝的作用，另一方面穿透鹅卵石层深深地插入下面的土层中，这与现代建筑中的钢筋和桩基所起的作用是一样的。上方的压力越大，木桩抓地与支撑的作用就越强，这正是大坝能够历经千年不倒的原因。
但是，仅凭这些，还不能使大坝保持2000多年不倒。在今天的施工方法中，如此规模的大坝都是以混凝土浇筑，使整个大坝浑然一体。可是，这座大坝完全由石板组成，是什么能使这些石板彼此牢固地连结在一起呢？难道在2000多年前就有什么特殊的粘合剂？真的像传说中的那样，用熬出来的小米汤粘合连结这些石板吗?
在进一步的研究中，在构成大坝的石板之间并没有发现任何用于粘合的物质，可是，它却在激流中屹立了2000多年。这实在是难以想象。
细心的学者经过长时间的观察突然发现，在构成奇怪大坝的石块上都留有一些相同的凹槽。而且，在坝面上还有许多高低错落，参差不齐的石片，那么，这个凹槽会不会是解决问题的关键，这些石片和凹槽又有着什么样的关系呢？
唐丁宁:在两块巨石之间凿上燕尾槽，在燕尾槽里面搁上铁码子，用铁码子把两块石头锁紧。每一块石头都用这样的办法处理以后，整个大坝就浑然一体。再大的洪水也没有办法把这些巨石冲走（图3）。
(3) 图组:燕尾槽和铁码子，正是这些东西将石板连结形成一个整体
这些竖插起来的鱼鳞石在水流的冲击下，受到向下作用力的影响，向下插得更深。加上洪水带来的泥沙冲进鱼鳞石的缝隙中间，使得石坝更加牢固。
原来，越坝而过的洪水被这些鱼鳞石阻挡之后，速度减缓，减轻了对大坝后面河床的冲击。燕尾槽、鱼鳞石和独特的建筑方法构成了这座深山大坝的独特结构，保证了大坝的安全。
与此同时，这座大坝有着更独特的外形。它不是通常的一字形，而是人字形。人字形把扑面而来的江水形成的正面压力变成侧面压力，人字形长边和短边长之比是3比7，江水也按这个比例被分开。拦水、分流、泄洪，设计者将这3项完美地结合在一起，保证了大坝屹立2000多年而不倒（图4）。
(4) 人字形大坝示意图
当时的人们为什么要在崇山峻岭之中建造一个如此精巧的工程呢?
水坝建成的年代在战国末期，处于秦国统治的时代。难道这座精巧的工程，和古时候的秦国有着什么神秘的联系吗?
就在离这座坝不远的地方，研究人员发现了一些奇怪的城墙，城墙的建筑方法竟然与长城的建筑方法有着惊人的一致。
与这些城墙一同被发现的还有大量的秦军兵器和秦朝的生活器具。可以肯定，岭南深山中的这些城墙遗迹，正是2000多年前秦朝军队的防御工事。
2000多前的这里究竟发生了什么？
在专家的考证中，一条清晰的脉络在人们眼前展现：2000多年前，强大的秦国把目光转向了岭南地区，他们在崇山峻岭中征用大量的工匠，修建了这条输送粮草和军队的秘密通道。建立在深山里的水坝，正是秦军用于解决河流落差，进行梯级运输的重要工事。当年，中原的粮草铁骑就是通过这条河流运到南岭，南岭以南的盐、铜等也通过这条河流运住中原。
这座水坝和长城一样，都是为了战争而建造的。现在，长城早已失去了当初的功能，而这座水坝依然灌溉着两岸的农田，未来仍将如此。