在意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上，有一座非常有名的斜塔，因为它是意大利比萨大讲堂的钟楼，所以后人称之为“比萨斜塔”。其实，在安徽省马鞍山市和县境内也有一座斜塔，名叫“文昌塔”。它与比萨斜塔类似，也是斜而未倒。
文昌塔的前世今生
矗立于和县横江河和得胜河之间的文昌塔为砖木结构，外形呈六方形，塔高30米，共7级。塔体以青砖砌筑而成，而塔内7级台阶则以木板铺垫而成。
关于此塔的来历，据和县《文昌塔记》记载，当时的古代人信风水，认为和县风水不好，从而导致文风不振、士不登朝，希望建成此塔后，能振兴和县的文风，使其昌盛。据记载，此塔建成时并未倾斜，但不知是何缘故，也不知是从什么时候开始，文昌塔开始由南向北倾斜，倾角颇大，导致了现在的模样。
安徽和县文昌塔
近四百年来，文昌塔历经风雨，饱受战火的洗礼。日本侵略中国时，日军曾在和县金河口水面炮击文昌塔，但因塔身坚固，即使被炮击中也未倒塌。直到现在，在文昌塔的一侧，还留有一炮弹窟窿。1985年，当地曾有一顽童在此处玩火，结果导致塔内木结构着火，后经消防队员扑救，才得以幸存。
实际上，在世界范围内，同样也出现了许多斜塔。除了上文中提到的这些，还有如博洛尼亚双塔（两座塔）、巴特弗兰肯豪森镇教堂钟楼、德国雅特塔、纳维亚斯基斜塔、大本钟等。当然，除了和县的文昌塔，在中国其他地方也出现了一些类似的斜而未倒的塔。比较著名的有南京市江宁区的定林寺塔（又叫“方山斜塔”），苏州市的虎丘斜塔，以及山西省应县城内的应县木塔，其他还有近十个。定林寺塔至今仍堪称“世界第一斜塔”；虎丘斜塔修建时代久远，它比比萨斜塔还早200多年；而应县木塔与巴埃菲尔铁塔、比萨斜塔并称为“世界三大奇塔”。
虎丘斜塔
应县木塔
塔为何会发生倾斜？
塔倾斜的主要原因是由于斜塔所处的地理和地质结构造成的。一般斜塔下都有好几层不同材质的土层，各种软质粉土的沉淀物和非常软的黏土相间形成，从而产生地基不均匀、土层松软的现象。由于黏土和砂组成的地基难以平衡地承受重达数吨的塔身，导致地面沉降，引起地面下沉累积效应，于是塔开始向土质软的方向倾斜。文昌塔坐落在县城小南门外的横江河南岸，建造的地点位于沉积泥沙和砾石地层的地方，从而产生塔身向东北倾斜的现象。
可以这样讲，世界上所有的斜塔在建成初期大都是直立的，后来由于地质原因下陷而造成倾斜。
斜塔斜而未倒之谜
根据现有的科学知识，我们可以从斜塔的结构和建筑材料两个方面来简单分析一下原因。
众所周知，一个物体结构的稳定性来自三个方面：重心的位置、支撑面的大小和结构的形状。根据物理知识：“从重心引出的重垂线如果通过支点或在物体底部的支承面内，物体就不会倒下。”把斜塔设想成是一个长方体，把塔底看作是平衡点，把重心看作是力的作用点。当长方体（斜塔）倾斜的角度较小时，重垂线仍然在物体底部的支承面内，长方体（斜塔）不会倒；当长方体（斜塔）倾斜到重垂线与斜线重合，即“重垂线通过支点”时，长方体（斜塔）也不会倒下；而当长方体（斜塔）倾斜的角度大到重垂线过了支点时，这时长方体（斜塔）就会轰然倒下。
实际上，这里涉及两个方面的知识：一是杠杆原理，一是平衡原理。由于倾斜的角度很小，所以作用点到平衡点的力矩很小，还没有破坏到塔的平衡，所以斜塔是不倒的。在日常生活中，我们也可以看到类似的情况。比如一摞书，当我们将它整齐放置时，它稳如泰山；而当我们将每本书都往一边慢慢往外放置时，刚开始不会出现倒塌，而当到了一定倾斜程度时，一摞书就会顷刻倒下。
长方体倾斜角度较小时
长方体倾斜到重垂线与斜线重合时
长方体倾斜的角度大到重垂线过了支点时
从科学的角度讲，一个物体的结构强度由三个因素决定：结构的形状、使用的材料和连接方式。上文说过和县斜塔为砖木结构，每层外部以砖砌而成。国内其他的斜塔也都有相似的情况。这表明，斜塔斜而未倒的原因可能是因为石砖与石砖之间的黏合极为巧妙，从而有效地防止了塔身倾斜引起的断裂。
古代先民们建塔时所使用的垒砌搭配技术是相当成熟和优良的。从塔的砖墙体裸露部分看，条砖规格基本一致，砌筑搭配合理，这使得塔保持着相当高的整体强度和优良结构。这种成熟的砌筑法将塔的上下、内外塔壁连接成一个整体，形成类似内外两个塔体套合在一起的结构，即套筒结构，其形体相当于内塔连结着一个外塔。这种建筑和连接方式有效地增强了塔身的结构强度，一定程度上阻止了塔身倾斜可能引起的倒塌。
另外，塔斜而未倒应该和塔使用的建筑材料也有很大的关系。古代建造石塔时，用米烧成很黏稠的粥，打成浆后以一定比例和石灰、沙子拌在一起来黏合砖块，这种古代黏接材料很坚固，使得黏合的强度甚至超过现代的水泥砂浆，其韧性接近于现代的钢筋混凝土。用这种优良的黏合剂，同时利用精湛的古代砌砖技艺，使整座塔浑然一体，再加上这种黏合剂随着建筑时间的推移，会越来越坚固，因此成为斜塔不倒的一个主要原因。
本文转载自：地震三点通
撰文/刘晨（合肥工业大学）
