和縣文昌塔斜而未倒之謎

                          2021年04月14日
                          文昌塔的前世今生
                          安徽和縣文昌塔(供圖:劉晨)
                          文昌塔矗立于和縣橫江河和得勝河之間。關于此塔的來歷,據和縣《文昌塔記》記載,當時的古代人信風水,認為和縣風水不好,從而導致文風不振、士不登朝,希望建成此塔后,能振興和縣的文風,使其昌盛。據記載,此塔建成時并未傾斜,但不知是何緣故,也不知是從什么時候開始,文昌塔開始由南向北傾斜,傾角頗大,導致了現在的模樣。
                          塔為何會發生傾斜
                          塔傾斜的主要原因是由于斜塔所處的地理和地質結構造成的。一般斜塔下都有好幾層不同材質的土層,各種軟質粉土的沉淀物和非常軟的黏土相間形成,從而產生地基不均勻、土層松軟的現象。由于黏土和砂組成的地基難以平衡地承受重達數噸的塔身,導致地面沉降,引起地面下沉累積效應,于是塔開始向土質軟的方向傾斜。
                          斜塔斜而未倒之謎
                          我們可以從斜塔的結構和建筑材料兩個方面來簡單分析一下原因。
                          眾所周知,一個物體結構的穩定性來自三個方面:重心的位置、支撐面的大小和結構的形狀。根據物理知識:“從重心引出的重垂線如果通過支點或在物體底部的支承面內,物體就不會倒下。”把斜塔設想成是一個長方體,把塔底看作是平衡點,把重心看作是力的作用點。當長方體(斜塔)傾斜的角度較小時,重垂線仍然在物體底部的支承面內,長方體(斜塔)不會倒;當長方體(斜塔)傾斜到重垂線與斜線重合,即“重垂線通過支點”時,長方體(斜塔)也不會倒下;而當長方體(斜塔)傾斜的角度大到重垂線過了支點時,這時長方體(斜塔)就會轟然倒下。
                          實際上,這里涉及兩個方面的知識:一是杠桿原理,一是平衡原理。由于傾斜的角度很小,所以作用點到平衡點的力矩很小,還沒有破壞到塔的平衡,所以斜塔是不倒的。
                          從科學的角度講,一個物體的結構強度由三個因素決定:結構的形狀、使用的材料和連接方式。和縣斜塔為磚木結構,每層外部以磚砌而成。國內其他的斜塔也都有相似的情況。這表明,斜塔斜而未倒的原因可能是因為石磚與石磚之間的黏合極為巧妙,從而有效地防止了塔身傾斜引起的斷裂。
                          古代先民們建塔時所使用的壘砌搭配技術是相當成熟和優良的。從塔的磚墻體裸露部分看,條磚規格基本一致,砌筑搭配合理,這使得塔保持著相當高的整體強度和優良結構。這種成熟的砌筑法將塔的上下、內外塔壁連接成一個整體,形成套筒結構,其形體相當于內塔連結著一個外塔。這種建筑和連接方式有效地增強了塔身的結構強度,一定程度上阻止了塔身傾斜可能引起的倒塌。
                          另外,塔斜而未倒應該和塔使用的建筑材料也有很大的關系。古代建造石塔時,用米燒成很黏稠的粥,打成漿后以一定比例和石灰、沙子拌在一起來黏合磚塊,這種古代黏接材料很堅固,使得黏合的強度甚至超過現代的水泥砂漿,其韌性接近于現代的鋼筋混凝土。用這種優良的黏合劑,同時利用精湛的古代砌磚技藝,使整座塔渾然一體,再加上這種黏合劑隨著建筑時間的推移,會越來越堅固,因此成為斜塔不倒的一個主要原因。
                          來源:知識就是力量公眾號
                          六月婷婷七月丁香