比萨斜塔为何屹立不倒？

比萨斜塔（Leaning Tower of Pisa）是位于意大利比萨市的一座古老而著名的建筑，因其明显的斜度而闻名于世。人们常常好奇，为什么这座斜塔能够屹立不倒？本文将通过科学角度解释比萨斜塔不倒的原因。

第一部分：建筑结构

比萨斜塔的斜度是由于其建筑结构不稳定所致。它是由白色大理石砌成的，高度约为56米，塔顶与地面的距离为7.4米。而与大多数建筑物不同的是，比萨斜塔的塔顶并不是平整的，而是稍稍向着一侧倾斜。这种倾斜是由于地基不稳定引起的。比萨斜塔建于12世纪初期，当时建筑师在建造过程中遭遇了地基不坚实的问题，导致塔身向一侧沉降。

第二部分：倾斜的原因

为什么比萨斜塔没有倒塌呢？首先，斜塔的倾斜并不是逐渐发生的，而是在建造过程中就出现了。这样的早期倾斜实际上帮助了塔的稳定。当建造师们发现塔的倾斜后，他们采取了一些措施来试图修正它，使得塔的重心偏向塔斜的一侧。这种调整不仅令比萨斜塔在建造过程中得以继续，还为其后来的稳定奠定了基础。

第三部分：地基工程

与普通建筑物不同，比萨斜塔的地基不稳定性是其能够屹立不倒的重要原因之一。首先，比萨斜塔是建于河沙和泥土的上层淤泥上的。其次，这座塔周围的地下水位非常高，这加剧了地基的不稳定性。然而，塔的建筑师们在设计与建造过程中，采取了一些措施来减轻地基的不稳定性。其中之一是在塔周围修建了一层厚厚的石灰石板，作为地基的稳定层。这层石灰石板能够分散塔身的重量，使其更加稳固。此外，塔身内部还设置了多层环状走廊，这些走廊充当了对抗地震的缓冲器。地震是影响建筑稳定性的常见因素之一，而多层环状走廊的设置能够缓解地震带来的冲击力，保护比萨斜塔不受到过大的震动影响。

第四部分：保护方法

地基应力解除法，其原理是在斜塔倾斜的反方向（北侧）塔基下面掏土，利用地基的沉降，使塔体的重心后移，从而减小倾斜幅度。该方法于1962年，由意大利工程师Terracina针对比萨斜塔的倾斜恶化问题提出，当时称为“掏土法”，由于显得不够深奥而遭长期搁置，直到该法在墨西哥城主教堂的纠偏中成功应用，又被重新得到认识和采纳。

比萨斜塔拯救工程于1999年10月开始，采用斜向钻孔方式，从斜塔北侧的地基下缓慢向外抽取土壤，使北侧地基高度下降，斜塔重心在重力的作用下逐渐向北侧移动。2001年6月，倾斜角度回到安全范围之内，关闭了十年的比萨斜塔又重新开放。

地基在工程中的重要性无可忽视。一个稳固和可靠的地基是确保建筑物或其他工程结构稳定性和安全性的基石。它能够承载和分散重量，抵抗变形和沉降，缓解震动和地震力，提供排水和防护，保证工程的稳定性和持久性。一个合适的地基设计可以避免结构的破坏和倾倒风险，减少对工程的维修和维护成本，同时保护建筑物内部和其周围环境的安全。因此，在任何工程项目中，充分考虑地基的设计和施工至关重要，确保工程的可靠性和长期可持续发展。

参考资料：

1 比萨斜塔参考资料 (baidu.com)

2. https://img.zcool.cn/community/015a4a58b8d325a801219c77d9b3c7.JPG@2o.jpg

3.科学网—又土又木到不土不木，《土力学原理十记》笔记 - 彭贯军的博文 (sciencenet.cn)

供稿：曹旭、赵凌云、陈奕恺

排版：郭宇、谭佳豪