Оценка прочности конструкций методом КЭ моделирования устойчивости древних туннелей Серапеума под колонной Помпея с использованием моделей взаимодействия грунт‑конструкция

Скрытые туннели под известной колонной

В центре Александрии одинокая гранитная колонна, известная как колонна Помпея, возвышается над руинами древнего храма. Лишь немногие посетители знают, что непосредственно под ней расположена хрупкая сеть греческих туннелей и «дочерняя» библиотека, вырубленные в мягкой, легкоразрушаемой породе. В этом исследовании используются современные компьютерные симуляции и лабораторные испытания горных пород, чтобы ответить на простой, но срочный вопрос: как долго этот подземный мир сможет безопасно удерживать массивный монумент сверху, особенно по мере того как изменение климата приносит более интенсивные осадки и повышение уровня моря?

Древний памятник в хрупком окружении

Исследование сосредоточено на туннелях Серапеума и связанных подземных пространствах под колонной Помпея — 285‑тонной гранитной колонной, вырезанной из твердого асуанского камня. Туннели вырыты в мягкой, пористой известковой породе, называемой калькаренитом, которая значительно слабее самой колонны. На протяжении веков ветер, соль, влага и химические реакции постепенно разъедали эту породу. Сегодня более сильные штормы, внезапные наводнения и повышение уровня грунтовых вод, связанные с изменением климата, ускоряют этот процесс. Такое сочетание — огромная каменная колонна, опирающаяся на стареющие, ослабленные туннели — делает этот объект идеальной «площадкой» для современных инструментов, способных оценить риск без повреждения археологических слоев.

Считывая состояние грунта, не трогая его

Поскольку бурение и масштабные испытания на таком объекте наследия должны быть ограничены, автор воссоздал картину подповерхности на основе имеющихся планов, прежних обследований и образцов породы, отобранных в районе. В лаборатории измеряли прочность и деформируемость как мягкого калькаренита, так и твердого гранита, включая склонность к образованию трещин при сжатии или сдвиге. Эти данные были использованы в двухмерной компьютерной модели, выполненной в специализированном геотехническом ПО. В этом виртуальном поперечном сечении колонна, её фундамент, туннели и большой блок окружающего грунта были воссозданы так, чтобы к ним можно было применить силу тяжести, вес колонны и даже упрощённые землетрясные нагрузки и проследить их эффекты детально.

Отслеживая напряжения, деформации и микросмещения

Симуляция показывает, где силы концентрируются вокруг туннелей при передаче нагрузки колонны на грунт. Наибольшие сквозные напряжения возникают у резких углов сводов туннелей прямо под колонной — как раз там, где порода уже наиболее слабая и эродированная. Здесь материал работает примерно на две трети от прочности, измеренной в лаборатории, и модель выявляет небольшие зоны, где материал уже сдвинулся и ведёт себя скорее как пластичный, чем как упругий. Тем не менее, в более глубоких участках между туннелями порода сжимается со всех сторон, создавая сильный «зажимной» эффект, который фактически помогает удерживать систему вместе. Что удивительно, суммарное вертикальное смещение колонны, предсказанное моделью, менее миллиметра — значительно ниже значений, которые обычно настораживают инженеров.

Стабильно на данный момент, но с узким запасом прочности

Для общей оценки устойчивости в исследовании рассчитан коэффициент запаса прочности — отношение текущей прочности породы к прочности, при которой начнётся обрушение. Значение около 1.55 указывает на то, что при современных статических нагрузках туннели находятся чуть выше общепринятой линии безопасности. Однако этот запас невелик для памятника такой культурной ценности, особенно потому, что мягкая порода продолжает слабеть из‑за влаги, солей и колебаний температуры. Те же «горячие точки», выявленные в модели — своды и углы туннелей — именно там, где дальнейшая потеря прочности или сотрясение при землетрясении могут сдвинуть систему к отказу.

От моделирования к планам защиты

В исследовании делается вывод, что туннели Серапеума под колонной Помпея не находятся на пороге внезапного обрушения, но существуют в деликатном равновесии. Долговременное выветривание и вызванные климатом наводнения постепенно разрушают естественную опору, сокращая запас прочности со временем. Автор утверждает, что консервационные меры должны быть направлены на исключение проникновения воды, тщательный мониторинг зон повышенных напряжений в туннелях и планирование мягких, обратимых укреплений там, где это необходимо. Превращая сложные испытания пород и компьютерные модели в практические пороги для действий, эта работа предлагает дорожную карту по защите не только этой знаковой александрийской достопримечательности, но и других подземных памятников, скрытых под историческими монументами по всему миру.

Цитирование: Hemeda, S. FEA structural stability assessment of the ancient Serapeum tunnels beneath Pompey’s Pillar using SSI modelling. npj Herit. Sci. 14, 294 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02506-7

Ключевые слова: Колонна Помпея, подземное наследие, устойчивость туннелей, влияние изменения климата, геотехническое моделирование