原创:Maxim Li
来源:岩土沿途Geotech(ID:Ingen-Geo)
文章已获授权
在持续5天的降雨后,西安在周末终于迎来短暂的晴天。
晴朗的周末适宜外出尽情游玩。因为到了周一工作日,令人困扰的降雨将再次来临。
然而,在8月8日,晴朗的周六早晨,位于新城广场的古城墙却发生了意料之外的倒塌。高逾10m的城墙甚至没有撑到周一的雨天。
秦王府城墙在周六早上突然倒塌
伴随着墙体的破坏,城墙内堆填的土体大量剥落,在短时间内全部变成了砖石与泥土混合的废墟。
城墙一失以往的坚固与沉稳,自发性地整体倾倒。
府邸之墙
倒塌的城墙是明代秦王府遗址的一部分。明秦王朱樉为朱元璋的第二个儿子,明秦王府是其府邸。倒塌的部分位于府邸的南侧。
明秦王府城墙遗址范围
经过了600余年风雨的洗礼,原来的城墙早已是残砖败瓦。特别是1921年冯玉祥在西安为了修建督军府,把城墙的包砖全部都拆了,真正遗留下来的仅为裸露的夯土。
真正的城墙只剩下夯土
裸露的夯土没有任何防护,长期被雨水冲刷可能会出现崩塌。为了保护好历史性的文物,西安市在2003年后陆续对这些城墙进行了加固与防护,主要的方式是在这些夯土的外部加砌砖头与填土,力图恢复以往城墙刚建成时的风貌。
陆续开展的城墙加固防护工作
本次事件中倒塌的城墙也进行了类似的处理。在残存下来的夯土墙外部,是新建的包砖砌体和填土,原来的土墙则被包裹在新建的城墙内部。
新旧城墙之间的关系
倾覆型破坏
从现场照片来看,本体夯土墙似乎并没有遭受破坏,出现倒塌的仅是城墙新建部分。
倒塌部分的滑裂面
在视频中,可以十分清晰地看到,城墙的包砖发生了绕底部支点的整体转动,并最终倒下。
包砖发生整体转动,最终倒下
挡土墙工程发生整体破坏时,大致可以分为三种主要的破坏类型。一是滑动(Sliding),挡土墙整体向外挤出,没有明显的旋转或转动;二是倾覆Overturning),挡墙绕基础底部发生整体向外的转动;三是失稳(Instability),这是由于地基土过于松软导致的,与前者相反,此时挡墙将绕墙顶产生反方向的转动。
在本次事件中,城墙的包砖正是扮演了挡土墙的角色,发生了典型的倾覆型破坏。
典型的倾覆型破坏
对于倾覆型破坏,一般是由墙背后的填土压力过大引起的。当填土作用于墙背的压力超过临界点,压力将开始令墙体产生转动。
但值得注意的是,新建的城墙已完工多年。如果说包砖的强度一开始就不足以抵抗背后土压力,似乎难以解释为什么在多年之后才发生了破坏。
破损的海墁
如果我们在网上深入搜索,可以发现事件中倒塌的城墙在去年已经出现了损害。
2019年9月,也是因为连日阴雨,城墙的顶部(海墁)部分区域出现下陷开裂。
海墁出现下陷
除此之外,墙体在端部与侧面也开始渗水。
渗水的墙面
从城墙倒塌的现场照片来看,19年城墙的损害还没完全修复。照片中,城墙顶部似乎设置有简易的挡雨蓬,应该是为了防止雨水流入破损的海墁。
城墙顶部简易的挡雨蓬
墙面渗水与海墁下陷值得进一步研究,因为这不是城墙在正常情况下应该出现的。这些征兆,暗示着城墙内进入了大量的水,而且不能充分顺畅排出。
当城墙内没有良好的排水条件时,水会积聚在墙的内部,形成三角形分布的静水压力。
城墙内部水积聚形成静水压力
在静水压力的水平作用下,包砖砌体会发生侧向变形,墙背后的土体发生侧向挤出,从而带动了城墙顶部伴随发生下陷。
在静水压力下,城墙发生侧向变形
相比起风沙,水更为城墙的克星。
城墙的排水
在正常情况下,城墙会设置多项措施,以防止雨水进入城墙内部或在内部积聚,即使是在古代。
城墙墙顶的海墁通常会设置坡度,当降雨时,雨水会顺着坡度集中到以一定间隔布置在墙顶的集水口。
城墙顶部的集水口
集水口与城墙的流水槽相连,汇聚的雨水最终通过流水槽垂直排到地面的水沟。
城墙侧面的流水槽
通过这项措施,可以保证大部分的雨水系统性地排到地面。然而,有小部分雨水仍可能通过包砖之间不密实的缝隙进入到城墙内部。这时,在城墙内部也要设置排水通道。
如南京的古城墙,同样为明朝所建,在城墙的顶部与底部均设置有内部排水口,当下雨时,渗入城墙内部的雨水也可以通过这些排水口泄出,形成了独特的“龙吐水”现象。
南京的龙吐水
回头看本次倒塌的城墙,虽然在侧面找到了用于表面排水的流水槽,但从19年墙面渗水的情况来看,内部可能并没有设置充足的排水通道。
城墙侧面的流水槽
倒塌原因分析
综合以上分析,西安明秦王府城墙倒塌的主要原因可能是城墙内部缺乏排水,雨水积累在城墙内部,最终诱发了倒塌。
在城墙建好之后,包砖仅承受内部填土的水平压力。在土体干旱时,这个压力很小,包砖的强度完全可以承受。
降雨后,部分雨水通过包砖的缝隙进入了城墙内部。由于内部缺乏排水通道,雨水只能通过墙体侧面缓慢渗出。在连续下雨时,因雨水排放能力不足,城墙内部的水位不断升高,导致了越来越高的静水压力。城墙在额外的压力下发生挤出变形,并导致了墙顶海墁的下陷。
墙顶在19年下陷破损后,一直未得到完全修复,降雨天气时雨水比以前更容易通过破损部位进入城墙内部。内部填土在雨水的长期浸泡下,力学性质被削弱,包砖受到的填土压力逐渐增大。在不断增大的填土压力与静水压力作用下,包砖砌体的强度逐渐接近临界点。
城墙到达临界点后,倒塌进入倒计时。
END
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