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意大利的比萨斜塔为什么会倾斜?
比萨斜塔建于1173年,被世界公认为建筑史上的奇迹,它之所以会倾斜,主要是由于塔的地基下面土层特殊性造成的,下面就具体的看看倾斜的原因。
关于倾斜原因,其实很多专家们对此问题一直都在争论。刚开始的时候,有学者认为,建筑师是故意把比萨斜塔建成了斜的,以显示自己的高超的建筑技艺。
到了20世纪,随着人们不断对比萨斜塔进行研究,再结合以前的一些了解,事实真相逐渐浮出水面:比萨斜塔最初的设计本该是垂直的建筑,但在建造初期就开始偏离了正确位置。
其倾斜无疑是和土质有关。因为在19世纪,著名建筑师拉德斯卡就在斜塔地基中取样,证实土壤条件是造成塔身倾斜的原因。而比萨斜塔下有好几层土层,并且材质不同,各种土层的沉淀物和松软的黏土相间形成,而在深约1米的地方则是地下水层。这个结论是在对地基土层进行成分观测后得出的。最新的挖掘取样表明,钟楼建在了古代的海岸边缘,因此在建造的时候土质就已经沙化和下沉。
但一些专家又发现:首位建筑师皮萨诺当时已知道,建塔位置和比萨城一样,都是在一条河谷的冲积地上,所以他对地基的地质结构也不是全不知晓。而且他在建到第三层发现倾斜后,立刻采取停工等待地基稳定的做法已解决了一些问题。第二位建筑师续建时,又注意到调整倾斜高度,同时采取一些措施,减轻塔身重量。第三位建筑师在建到第七八层之间,钟楼却发生变化,第八层倾向了北面。并且让建钟楼时,还有一些清真寺尖塔的特点,没有设楼顶,以此减轻塔的重量和平衡倾斜。建筑师的这些做法正和比萨城其他地方建造的做法相似。
意大利另一个著名城市佛罗伦萨,在1420年建造的圣玛丽亚·德尔——斐奥雷大教堂,选址就是沼泽地,土层更软,下陷危险更大,但到今天已经几百年了,丝毫没有倾斜。一些专家和学者因此推测出,比萨塔的倾斜是建筑师意料之中,几百年来能够斜而不倒与设计、建筑者有关。
此时很多人可能就有疑问了,比萨斜塔不可能一下子倾斜这么多,到底是怎么一个倾斜过程呢?
比萨塔在1173年奠基,是著名建筑师波那诺·皮萨诺建造。原设计的塔高是100米左右,但开建五六年后,到了第三层塔身开始倾斜。建筑师于是命令停工,想等地基稳了之后再复工。可是在他有生之年未能实现续建的愿望。
到了1275年,塔身已倾斜90多厘米。建筑师迪·西蒙于同年恢复建塔,并针对倾斜的问题,在施工中采取了一些措施,不仅减薄了塔壁,采用轻质材料,而且在内壁和外壁间留有30至80厘米的空腔。到1284年,塔建至第六层,倾斜仍在继续,当年,迪·西蒙死去,再度停工。
此后,著名建筑师托马索·皮萨纳继续建筑第七、八层,1350年最后完工。塔高56米,总重量1.45万吨,除了几根柱子用花岗石外,外表材料全部是白色和黑色大理石。
但斜塔完工后,倾斜还在继续。据有关统计:1829—1910年间,每年平均倾斜3.8毫米。自20世纪早期后,倾斜速度变慢。1918—1958年间,每年平均倾斜1.1毫米。1959—1969年间,每年平均倾斜1.26毫米。70年代后期至1982年间,每年平均倾斜1.2毫米,其中1982年只倾斜了1毫米。其后,每年平均倾斜1.19毫米。到目前为止,塔身偏离(即塔顶偏离垂直线)已有5米多。
其实说到比萨斜塔,大家知道它为什么如此出名吗?
让我们回到1590年的一天,这天25岁的比萨大学教授伽利略正在进行一次伟大的科学实验。学生、教师和路人都在围观。当伽利略发出指令后,一个10磅重和一个1磅重的铁球同时从塔顶降落,不一会,两个球同时落地。接着又把实验重复一次,结果还是一样。
这个实验验证了亚里士多德“物体降落速度和重量成正比”的说法是错误的。同时证明了自由落体定律——物体不论大小轻重,在自由下落的过程中,如果把空气阻力的影响除去,其加速度完全相同。伽利略的这个实验不仅纠正了物理学长期以来的一个谬误,也使比萨斜塔闻名世界。
比萨斜塔闻名世界,其实专家和民众都是非常关心的,都担心会不会倒下。
据比萨斜塔近年倾斜速度来看,专家盖里教授认为,如果按此倾斜率计算的花,而又没有其他原因导致其突然坍塌,250年后斜塔将因塔身的重心超出塔基外缘而倾倒。
但比萨斜塔服务局相关人员认为,按数学方式推算显然不可靠,比萨斜塔是一个综合问题。一些研究人员也发现这样的问题,比萨斜塔塔身曾一度向东倾斜,而后又转向南倾斜,认为该塔几百年斜而不倒,如果只用数学方式推算250年后倒与不倒恐怕不是那么简单的事。
说到底,最关心斜塔的还是比萨人,他们那边有一句俗语,比萨斜塔和比萨人一样健壮结实,永远不会倒下。
不过话说回来,每当专家采取加固斜塔地基的一些措施时,其倾斜速度反而加快。比如1838年,对其进行加固性施工,1934年,在地基喷入九十吨水泥,实施防水工程,塔身反而更加不稳,竟然向周围移动,倾斜更快。但在1973年至1975年间,关闭了斜塔方圆3公里内私人水井和禁止取用地下水后,地下水位稳定后,倾斜速度放慢下来了。
1990年1月7日,意大利著名电视节目某主持人宣布:比萨斜塔暂停开放。市政府决定将斜塔暂时关闭,进行修理,这是比萨斜斜塔自建塔以来首次正式对公众关闭。
意大利政府斥资2500万英镑启动修复工程,包括加固地基和抽取地下水,并用钢丝和缆绳支撑塔身。修复工程2001年修复工程完成,当时立刻变直约38厘米。最新调查发现,比萨塔倾斜幅度在2001年至2013年间,减少了2.5厘米。
看到这,大家是不是对比萨斜塔有了更深的了解,她不仅是意大利著名地标之一,也是意大利人的骄傲,更是人类创造精神的杰作,同时它还被收入世界遗产名录。伟大的建筑或许真的需要一些机缘巧合,如果当时的建筑师知道地质不宜建塔,可能也看不到这个伟大建筑了,不过我们更能从中看到每位地质工程人的辛苦结晶。
比萨斜塔为什么是斜的
比萨斜塔在建造的时候,由于处于沿海地带,斜塔下的土层是由各种软质粉土的沉淀物和很软的粘土物质混合组成的,地下一米深处还存在地下水层,比萨斜塔在建到第三层的时候,就开始歪斜了,历经了约200年才完工。
几个世纪以来,比萨斜塔倾斜的原因一直是人们关注的问题,各种解释众说纷纭,莫衷一是。有人说是建塔施工中的精确度偏离了设计方案造成的,有人认为是设计本身的问题。进入20世纪后,“地基原因”说逐渐占了上风。这种解释认为,由于粘土和砂组成的地基难以平衡地承受重达14553吨的塔身,从而导致了倾斜。1817年,两名英国的研究者在这方面提出了令人信服的研究报告,“地基原因说”自此开始广泛地被人们接受。
从1550年到1817年的267年间,比萨斜塔共倾斜了5厘米。1838年,比萨斜塔又出现了一次较大幅度的倾斜,斜塔的保护工作从此开始,在意大利政府的参与组织下,各领域的专家学者成立了专门的拯救委员会,研究制定纠偏的办法。此后,斜塔以每年平均1毫米的速度继续倾斜,塔身重心线偏离10%。
早在20世纪80年代初期曾有人预言,比萨斜塔将在2003年到2004年间轰然倒塌,这使全世界关心比萨斜塔的人们心急如焚,斜塔拯救委员会向全世界征集办法,以期延缓斜塔倾斜的速度。但是,鉴于1934年向塔基土层内注入水泥后,反而使斜塔在1年内多倾斜了6毫米的教训,面对收集上来的各种方案,拯救委员会一直无法抉择。
1988年,比萨斜塔向游人关闭,从1990年1月起斜塔全部关闭,纠偏工程开始进入确定方案并具体实施阶段。或许是由于承受了太大心理压力的原因,意大利政府和比萨斜塔拯救委员会在近10年的时间里一直对纠偏工程低调处理,媒体对工程的进展和效果也绝少提及。
为什么比萨斜塔是倾斜的?
这地基不适合这座建筑物的重量。比萨的土壤很潮湿,地基不能延伸到基岩。地基的一侧也比另一侧稍坚固,导致倾斜,而不是整个建筑均匀下沉。这座塔在施工期间开始倾斜。建筑工人试图通过把后面楼层的一侧加高一些来解决倾斜的问题。因此,建筑也有点弯曲。然而,瘦肉状况继续恶化。
这种倾斜还在继续增加。到了20世纪90年代,人们担心大楼可能会倒塌,于是采取了密集的措施来减轻瓦片的压力。从塔顶较高的一面下面移走泥土,以减少倾斜到一个更安全的角度。然而,他们故意没有把塔扶正,因为这是这座塔如此与众不同的原因。
值得一提的是,在古代,比萨被广阔的泻湖和湿地所包围,后来淤塞。然而,这对于理解土壤的不稳定性质是有用的。下面是一幅公元5世纪的比萨地图,上面还显示了现代街道的位置。蓝色区域是沼泽或泻湖。
比萨斜塔的建造始于1173年。工人们几乎立刻就遇到了建筑方面的问题。塔坐落在以粘土、细沙和贝壳为主的松软地面上。1178年第二层完工时,塔楼已经开始倾斜了。
由于结构的重量,土壤的移动使塔的基础不稳定。很快,由于比萨与热那亚、佛罗伦萨和卢卡的战争,建设不得不暂停了近100年。如果施工没有给土壤沉降时间,塔肯定会倒塌。
等到重新开始施工时,塔已经向垂直轴线以北倾斜了0.2度。当工程到达第七层时,塔已经向南倾斜了一度。由于未知的原因,工程再次暂停。
目前,这座塔离垂直高度有5米多了。建筑师和工程师尽他们最大的努力通过缩短剩下的故事来纠正错误,但这无济于事。继续学习。接下来的几层建筑在较短的一侧建得稍高一些,以弥补瘦削的部分,但增加了额外的重量,导致建筑物进一步下沉,更加瘦削。
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