唐代大雁塔基础与地基沉降分析

唐代建造的大雁塔具有一千多年的历史，至今仍然保存完好。特别是处于具有湿陷性的黄土地区，在塔自重产生的地基平均应力为31.46 t/m3的情况下，大雁塔至今没有出现明显的下沉和破坏，只有轻微的由塔下地面的不均匀沉降等因素而引起的倾斜，这些都是非常值得我们去研究以及探讨的。

假设大雁塔的基础形式有以下四种：矩形基础形式，见图9.39（a）；正梯形无地宫基础形式，见图9.39（b）；倒阶梯型无地宫基础形式，见图9.39（c）；倒阶梯型有地宫基础形式，见图9.39（d）。采用双剪统一应力模型时的材料参数可取如下值：p=1.38 MPa，σt=0.0056 MPa，σ0t=0.56 MPa，γ=0.07。

当统一强度理论参数b分别等于0（单剪理论）和1（双剪理论）时，计算得出四个基础的塑性区如图9.40和图9.41所示。分析计算结果可以得出如下结论：相同力作用、相同基础形式下，塑性区的大小随着b值的增大而减小。b=0时塑性区最大，b=1时塑性区最小。这表明考虑中间主应力效应时，将提高结构的极限荷载，这一结论与一些岩土工程的实际结果相符合，因此合理选择参数b值对充分利用材料很重要。

图9.39　大雁塔的基础形式。（a）矩形基础形式；（b）阶梯型基础形式；（c）倒阶梯型无地宫基础形式；（d）倒阶梯型有地宫基础形式

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图9.40　统一强度理论参数b=0时四个基础的塑性区。（a）矩形基础形式；（b）阶梯型基础形式；（c）倒阶梯型无地宫基础形式；（d）倒阶梯型有地宫基础形式

图9.41　统一强度理论参数b=1时四个基础的塑性区。（a）矩形基础形式；（b）阶梯型基础形式；（c）倒阶梯型无地宫基础形式；（d）倒阶梯型有地宫基础形式

分析结果还表明，不同形式的基础对地基承载力的影响各有利弊，但是地基中洞室（即地宫）的存在减轻了基础对地基的自重压力，对古塔的地基稳定是有利的，这一点似乎早已被古人所知。从现有的资料来看，无论是法门寺宝塔、大雁塔、小雁塔以及杭州雷峰塔都有地宫，且其中保存有大量文物，因此，对于古塔的保护也应该包括地宫的保护。大雁塔、法门寺的地宫都较大，小雁塔地宫较小，为约1.8 m见方的一个洞室。这种结构也见于高大的纪念碑，如美国华盛顿纪念碑，它的基础内也有一个洞室。