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        和縣文昌塔斜而未倒之謎

        2018-05-09 05:39:12劉晨
        知識就是力量 2018年5期
        關鍵詞:斜塔和縣塔身

        劉晨

        在意大利托斯卡納省比薩城北面的奇跡廣場上,有一座非常有名的斜塔,因為它是意大利比薩大講堂的鐘樓,所以后人稱之為“比薩斜塔”。其實,在安徽省馬鞍山市和縣境內也有一座斜塔,名叫文昌塔。它與比薩斜塔類似,也是斜而未倒。

        文昌塔的前世今生

        矗立于和縣橫江河和得勝河之間的文昌塔為磚木結構,外形呈六方形,塔高30米,共7級。塔體以青磚砌筑而成,而塔內7級臺階則以木板鋪墊而成。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。

        近四百年來,文昌塔歷經風雨,飽受戰(zhàn)火的洗禮。日本侵略中國時,日軍曾在和縣金河口水面炮擊文昌塔,但因塔身堅固,即使被炮擊中也未倒塌。直到現在,在文昌塔的一側,還留有一炮彈窟窿。1985年,當地曾有一頑童在此處玩火,結果導致塔內木結構著火,后經消防隊員撲救,才得以幸存。

        塔為何會發(fā)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。文昌塔坐落在縣城小南門外的橫江河南岸,建造的地點位于沉積泥沙和礫石地層的地方,從而產生塔身向東北傾斜的現象。

        可以這樣講,世界上所有的斜塔在建成初期大都是直立的,后來由于地質原因下陷而造成傾斜。

        斜塔斜而未倒之謎

        根據現有的科學知識,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(wěn)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?!卑研彼O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。在日常生活中,我們也可以看到類似的情況。比如一摞書,當我們將它整齊放置時,它穩(wěn)如泰山;而當我們將每本書都往一邊慢慢往外放置時,剛開始不會出現倒塌,而當到了一定傾斜程度時,一摞書就會頃刻倒下。

        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。上文說過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(yōu)良的。從塔的磚墻體裸露部分看,條磚規(guī)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(yōu)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,形成類似內外兩個塔體套合在一起的結構,即套筒結構,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(yōu)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。

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