使用SSI建模的有限元结构稳定性评估：龐培柱下方古代塞拉庇昂隧道

著名柱子下方的隐秘隧道

在亚历山大城的中心，有一根被称为龐培柱的高耸花岗岩柱，矗立在古庙遗址之上。很少游客知道，在它正下方还有一张由希腊人开凿的脆弱隧道网络和一座附属图书馆，刻凿在一种柔软且易损的岩体中。本文通过先进的计算模拟和岩石试验提出一个简单却紧迫的问题：在气候变化带来更强降雨与海平面上升的情况下，这个地下世界还能安全支撑头顶这座巨大纪念碑多久？

处于脆弱环境中的古代纪念物

研究聚焦于龐培柱下方的塞拉庇昂隧道及相关地下空间，这根重达285吨、由阿斯旺硬质花岗岩切割而成的柱子正压在其上。隧道开凿于一种称为砂砾灰岩的软而多孔的岩石中，该岩石远比柱体本身脆弱。几个世纪以来，风蚀、盐蚀、湿气和化学反应缓慢侵蚀着这种岩体。如今，气候变化导致的更强风暴、暴洪和更高的地下水位正在加速这一劣化。巨大石柱置于老化且被削弱的隧道之上，这种组合使得该遗址成为运用现代工具评估风险而不破坏考古的理想试验场。

在不接触地面的情况下“读取”地层

由于在此类遗产地点必须限制钻探和大规模试验，研究者基于现有地图、早期调查和从区域采集的岩石样本，拼凑了地下结构的图像。实验室测试测量了柔软砂砾灰岩和硬质花岗岩的强度与可变形性，包括其在受压或剪切时的断裂特性。这些测试结果被输入到专用岩土软件中建立的二维计算模型。在该虚拟剖面中，柱体、基础、隧道及周围一大块地体被重建，以便施加重力、柱体的自身重量乃至简单的地震力，并详细追踪其影响。

追踪应力、应变与微小位移

模拟显示了隧道周围在承载柱体荷载时力如何集中。最高的挤压类应力出现在直接位于柱下的隧道拱顶尖角处——正好是岩体已最薄弱、最风化的部位。这里的岩石承受着约为实验室测得强度的三分之二，模型揭示出一些已经屈服、表现出塑性而非弹性行为的小区域。然而，在隧道之间更深处，岩体从各方向被挤压，产生一种强烈的“夹紧”效应，反而有助于整体保持稳定。令人惊讶的是，模型预测柱体的总向下位移小于一毫米——远低于通常会引起工程师担忧的水平。

目前稳定，但安全裕度狭窄

为了评估整体稳定性，研究计算了安全系数——将岩体当前强度与开始发生破坏时的强度做比值。约1.55的数值表明，在今天的静态荷载下，隧道刚好高于通常接受的安全线。然而，对于如此重要的文化遗产而言，这一余量仍然很薄弱，尤其是因为软岩正因湿气、盐分和温度变化而持续削弱。模型中识别出的同样热点——隧道拱顶和角部——恰恰是进一步强度损失或地震震动可能将系统推向失稳的部位。

从模拟走向保护规划

研究得出的结论是，龐培柱下方的塞拉庇昂隧道并非处于突然坍塌的边缘，但其处于一种脆弱的平衡之中。长期风化和气候驱动的洪水正在缓慢侵蚀自然支撑，使安全裕度随时间缩小。作者主张保护工作应着重于阻水、对受力集中的隧道区域进行密切监测，并在必要时规划温和且可逆的加固措施。通过将复杂的岩石试验和计算模型转化为可操作的行动阈值，这项工作为保护这一标志性亚历山大地标以及世界各地其他隐藏在历史纪念物之下的地下遗产，提供了一条可行路径。

引用: 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

关键词: 龐培柱, 地下遗产, 隧道稳定性, 气候变化影响, 岩土建模