傾斜至今已有超過640年歷史的比薩斜塔(Torre di Pisa) ,自1280年以來至少歷經了4次強震的挑戰,至今卻依然斜立不搖。針對這個世紀之迷,羅馬第三大學(Roma Tre University)建築學教授努提(Camillo Nuti)率領了16名工程學家組成的研究團隊宣稱,已經找出了比薩斜塔底下的祕密。
比薩斜塔高約56公尺,由於基底有部分軟土區域,塔身因此「軟土深掘」往土質較鬆軟的一方倒去,傾斜角度有5度之多,成為了著名觀光景點。然而,軟土的功勞不只為義大利帶來觀光財,最新研究發現,塔底的軟土層正是比薩斜塔能以柔克剛的的武器。研究團隊將比薩斜塔不易倒塌的原因,歸功於名為「動態土壤-結構互動」(dynamic soil-structure interaction,DSSI)的現象。
Why has the Leaning Tower of Pisa survived the strong earthquakes that have hit the region since the middle ages? This is long-standing question a group of engineers @UoB_Engineering @UnivRoma3 has investigated https://t.co/5Fu6oprWtc pic.twitter.com/iI2mqnW3Fs
— Bristol University (@BristolUni) 2018年5月9日
研究團隊成員之一,布里斯托大學(University of Bristol)工程學教授馬隆亞斯(George Mylonakisl)表示,塔底下這堆「造成塔身傾斜不穩、幾乎要倒塌的軟土層,正巧就是讓這座塔能夠撐過眾多地質振動的最大功臣。」由於土壤鬆軟,建築本身相對堅硬,這樣的基底組合改變了建築本身的共振頻率,相較於蓋在較堅硬土質的建物,搖晃的劇烈程度會有效降低。
所謂的「共振頻率」(resonance),根據地震學研究機構聯合會(IRIS)的解釋,指的是「建築物在自然狀態下搖晃一次所花費的秒數。」地震發生時,當建物本身的「共振頻率」與地震頻率相近時,會引發共振效應,提高建物受搖晃的程度。以比薩斜塔而言,由於土質因素,DSSI效應顯著提高,因此不容易和地震頻率共振,進而達到抗震效果。
How has the Leaning Tower of Pisa survived strong #earthquakes? pic.twitter.com/7ocqvsOYrz
— CNBC-TV18 News (@CNBCTV18News) 2018年5月10日
這項研究結果將在6月於希臘舉辦的「歐洲地震工程研討會」(16th European Conference on Earthquake Engineering)中發表。
不過,比薩斜塔也並非總是穩若泰山,據英國《獨立報》(The Independent)報導,1920年代時,比薩斜塔曾由人工在基底部位注入水泥漿的方式增強結構安全。此外,在1990年時,也曾因為倒塌風險而一度閉關維修,隔了11年直至2001年才再度開放。