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重庆大学学报

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2024年10期

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石窟寺遗产保护技术专题 | 石窟岩体水致劣化机理与防治研究进展

石窟寺遗产保护技术专题 | 石窟岩体水致劣化机理与防治研究进展

摘要：我国石窟的病害类型繁多，由水诱发的石窟病害是石窟保护中的核心问题。为了更好开展石窟保护工作，对石窟中与水相关的问题进行了详细地梳理。首先，进行了石窟水源分析，水主要来自降雨、地下水和凝结水。在此基础上梳理了由水直接或间接导致的各类石窟病害问题和岩体劣化机理，病害类型包括开裂失稳病害、水侵蚀病害、风化病害、生物病害，水作为中间介质或最终介质引起石窟岩体的材料劣化与结构失稳。最后，整理了目前石窟保护工作中针对雨水、地下水、凝结水的防治措施。全面综合梳理文物保护大背景下石窟中与水相关的问题，有助于提高石窟的保护效果，为石窟保护工作提供理论参考。
石窟寺遗产保护技术专题 | 多尺度纤维增强乐山大佛修复材料的性能研究

石窟寺遗产保护技术专题 | 多尺度纤维增强乐山大佛修复材料的性能研究

摘要：混合捶灰是乐山大佛修缮中使用的一种兼具气硬性与水硬性的修复材料。为解决大佛头面部等多处的修复材料受赋存环境影响而出现的开裂、剥落等问题，采用黄麻纤维（hempfiber，HF）和碳酸钙晶须微纤维（carbonatewhiskerfiber，CWF）复掺的方式对其进行增强。结果表明，HF在提升材料抗折强度方面的表现优于CWF，而CWF的掺入则有效提升了材料韧性和劈裂抗拉强度，二者复掺能够取得综合性的增强效果。28d时，复掺试件的抗折强度较未掺杂时最大提升程度为35.73%，劈裂抗拉强度最大提升程度为20.88%，均高于对应掺量的单掺组试件。此外，复掺组试件在耐水性和耐酸性测试中的表现优于对照组和单掺组，这表明多尺度纤维复掺的方法有助于实现材料强度与耐候性的综合提升。
石窟寺遗产保护技术专题 | 温度循环作用下石窟砂岩渗透特性试验

石窟寺遗产保护技术专题 | 温度循环作用下石窟砂岩渗透特性试验

摘要：石窟岩体常年裸露在外，会受到多种自然因素的影响，尤其是温度变化和渗水等，可能导致岩体物理力学性质发生改变。针对温度循环作用下石窟砂岩的渗透特性开展研究，选取重庆大足石刻砂岩为研究对象，通过渗透试验，对多次冷热循环后石窟砂岩的渗透率进行测定和分析，并进一步研究了渗透试验后石窟砂岩的抗压强度特性。试验过程设计了不同冷热循环次数、不同高温持续时间、不同冷却方式等多种试验工况。研究结果表明：经过多次冷热循环，砂岩渗透率增加，并且渗透率变化幅度受循环次数和冷却方式的影响；当渗透压增大，砂岩渗透率增加；在高渗透压下渗透后，砂岩的强度稍小于低渗透压下的强度。
石窟寺遗产保护技术专题 | 基于双边滤波石质文物逆向建模及其稳定性分析

石窟寺遗产保护技术专题 | 基于双边滤波石质文物逆向建模及其稳定性分析

摘要：石质文物的长期稳定性问题是文物保护工作中的重点。以大足石刻卧佛前的目犍连菩萨像为研究对象，基于双边滤波算法，将三维激光扫描仪获取的点云数据导入PCL 平台，实现文物表面噪声点的去除，建立包含裂隙结构面在内的菩萨像三维精细化实体模型。基于强度折减原理采用有限差分软件FLAC3D，对菩萨像现存状态展开稳定性分析，结果表明：1）双边滤波法去噪后的菩萨像模型平均偏差为-5.0~4.0 mm，标准值为1.1 mm，在去除噪声的同时完整保留了文物表面特征；2）重力荷载下，菩萨像颈部受压，项部受拉；头部裂隙的出现导致内部应力发生重分布，峰值拉应力由项部移动至裂隙端；3）菩萨像头部位移变化与折减系数呈正相关，当折减系数为1.28 时，头部位移敏感度急剧增大，向临空面倾倒；4）菩萨像破坏面沿裂隙端、颈部向内部延伸，塑性区体积、最大剪应变增量逐步增大，在两区域形成抛物线贯通破坏面。该研究方法为小型、具有复杂几何特征的石质文物稳定性分析提供思路。
石窟寺遗产保护技术专题 | 北山168窟顶板加固工程及施工过程跟踪监测分析

石窟寺遗产保护技术专题 | 北山168窟顶板加固工程及施工过程跟踪监测分析

摘要：大足石刻北山168窟在1000多年的卸荷作用下，洞窟内顶部裂隙纵横交错，存在着严重的结构稳定性问题。加固工程实施前洞窟顶板使用钢板、钢管等材料临时支撑以维护文物安全。但裂隙仍有延伸发展的趋势，且临时支撑钢板未做好防护措施，表面锈蚀严重，168窟仍时刻面临失稳坍塌的危险，急需进行抢险加固治理保护。由于该工程属于文保类项目，要求在施工过程中不能够对本体造成较大扰动，所以需要对其整个施工过程进行跟踪监测。基于此，本文首先利用数值模拟的手段对在现有钢板支护下石窟的变形机理进行分析，根据其分析结果对监测点位进行布设，并根据监测数据对整个施工过程石窟的稳定性进行监测，进行工程治理评价，该监测结果可为类似大型平顶石窟破碎顶板的监测及保护工程提供参考。
石窟寺遗产保护技术专题 | 潮湿环境下露天石质文物盐致劣化机理

石窟寺遗产保护技术专题 | 潮湿环境下露天石质文物盐致劣化机理

摘要：为研究可溶盐侵蚀导致的潮湿环境下露天石窟寺的劣化机理。以重庆石佛寺遗址摩崖造像为研究对象，采用扫描电子显微镜及能谱仪、X射线衍射分析仪、X射线荧光分析仪、离子色谱分析仪、红外热成像仪等多重分析手段对石佛寺遗址摩崖造像表面病害及劣化产物进行科学分析与表征，厘清了可溶盐主要的种类与来源。在分析数据的基础上，结合石质文物本体构成与环境变化综合分析，探讨了潮湿环境下石质文物中可溶盐的作用模式，为石质文物保护提供了科学依据。
石窟寺遗产保护技术专题 | 石质文物渗水病害分级评估方法分析

石窟寺遗产保护技术专题 | 石质文物渗水病害分级评估方法分析

摘要：针对重庆大足北山石刻不同类型渗水病害，提出了各类渗水病害分级评估方法及细分标准。基于流量—等效开度立方定律总结了不同水力梯度下滴水\流水病害分级临界条件；利用热重法研究了重庆大足紫红色砂岩和灰白色砂岩结合水含量及结合水水膜厚度，提出基于浸水面积的浸水病害分级标准；通过吸湿试验考察不同湿度环境下砂岩吸湿动力学特性，基于Fick定律计算得到不同湿度环境下砂岩水分扩散系数，明确了壁挂水病害的产生条件并提出基于接触角的壁挂水病害分级标准；借助色差仪测量了重庆大足紫红色砂岩和灰白色砂岩干燥状态和湿润状态下CIEL*a*b*色度坐标，提出了基于不同饱水程度（含水量）砂岩色差值ΔEn的潮湿\湿润病害分级标准。
石窟寺遗产保护技术专题 | 石窟寺表面泛盐病害热学响应的离散元模拟

石窟寺遗产保护技术专题 | 石窟寺表面泛盐病害热学响应的离散元模拟

摘要：石窟寺长期遭受自然与人为因素破坏，往往会出现多种类型病害。其中，盐害是一种破坏性较大的病害，在表面泛盐阶段对其开展病害程度的量化评估对石窟寺保护利用工作具有重要意义。以甘肃省庆阳市北石窟寺为研究对象，使用PFC 2D 软件建立表面泛盐病害模型。采用主动式热红外检测技术并施加外部热源，获取不同泛盐厚度处的升温曲线。结果表明，在相同热激励条件下砂岩表面的温度低于泛盐表面的温度，且泛盐越厚其表面温度越高。归一化后的温度?时间曲线可以使用幂函数拟合，且幂函数指数与泛盐厚度呈现明显的负相关线性关系；可以将其作为升温指数，实现泛盐病害程度的定量化评估。
石窟寺遗产保护技术专题 | 潮湿环境砖石文物本体病害分析及保护技术研究进展

石窟寺遗产保护技术专题 | 潮湿环境砖石文物本体病害分析及保护技术研究进展

摘要：文中对潮湿环境砖石质文物的保护研究现状、基本特征、病害形成机理和保护方法等方面进行了总结及评述，潮湿环境砖石质文物从预防到修复，再到妥善保存，每一步都涉及到岩土工程、材料科学及微生物工程等多学科交叉，需进一步探索修复材料的优选、检测技术的更新和修复手段的优化等，并对病害分析和保护措施流程规范化，为相关文物工作提供一定的参考。
石窟寺遗产保护技术专题 | 川渝地区石窟窟檐的稳定性研究

石窟寺遗产保护技术专题 | 川渝地区石窟窟檐的稳定性研究

摘要：川渝地区石窟主要开凿在砂泥岩交替出露的山体崖壁上，崖壁上部自然岩体窟檐对下部造像区具有一定的保护作用。为分析窟檐在自然环境下的稳定性情况，在对川渝地区石窟地层特点、窟檐岩体结构、窟檐尺寸范围及力学参数等调查基础上，利用FLAC3D对窟檐稳定性进行计算分析后发现，依据窟檐结构特点的差异、卸荷裂隙是否存在以及发育位置的不同，川渝地区石窟窟檐主要有3种破坏模式：悬臂拉断破坏、倾倒破坏、软弱基座压溃破坏。进一步分析得到每种破坏模式的破坏特点、影响窟檐稳定性的主要因素及影响规律。最后，给出窟檐稳定性评价参考表，可为川渝地区石窟窟檐现场勘察和稳定性评价提供参考。
石窟寺遗产保护技术专题 | 行人荷载下乐山大佛九曲栈道赋存岩体稳定性研究

石窟寺遗产保护技术专题 | 行人荷载下乐山大佛九曲栈道赋存岩体稳定性研究

摘要：针对乐山大佛九曲栈道地形崎岖多变、长年游人如织的特点，为分析行人荷载对九曲栈道赋存岩体稳定性的影响，建立了九曲栈道区域的精细化模型，采用数值计算方法研究了行人静、动荷载作用下九曲栈道赋存岩体的受力状态及变形特征。结果表明，九曲栈道满载行人时赋存岩体整体稳定，仅局部表层岩体发生破坏。静荷载下L1 裂隙底部、L15 中下部及栈道底部佛龛的表层岩体受拉破坏；栈道中下部两转角处崖壁、佛脚平台及临江面底部凸出部位的表层岩体易发展为受拉破坏。动荷载下栈道赋存岩体的振动速度均超过规范容许值，在行人动荷载长期作用下易疲劳破坏；栈道上部转角处凸出部位的表层岩体还可能发生瞬时受拉破坏。研究结果对掌握行人荷载下九曲栈道赋存岩体的稳定性现状及预防性加固有指导意义。
石窟寺遗产保护技术专题 | 蒙脱土内养护天然水硬性石灰的水化行为及使用性能研究

石窟寺遗产保护技术专题 | 蒙脱土内养护天然水硬性石灰的水化行为及使用性能研究

摘要：石窟寺是我国独具特色的文物类型，具有重要的历史、艺术和科学价值。裂隙是造成石窟寺失稳、渗水、风化等病害产生及发育最为直接的因素。常规外养护灌浆加固的同时，难以解决养护后期深部裂隙缺水导致的收缩开裂及强度不足的问题。文中利用蒙脱土（MMT）对天然水硬性石灰（NHL）进行内养护改性，系统评估固化过程中的水化行为及使用性能。结果表明，MMT掺量为2%时，NHL的内养护效果最好，7d自收缩仅为空白试样的56.70%，保水性能优异。此外，该试样的28d抗压强度相比空白试样增加了22.03%。这是由于养护固化全过程中，预储水的MMT在试样内部湿度梯度作用下，不断释放层间吸附水，促进NHL的水化反应，减少自收缩，提高内养护效果。研究结果为石窟寺裂隙的内养护灌浆加固提供了重要的理论与实践基础。
石窟寺遗产保护技术专题 | 原位聚合AMPS吸水树脂改性NHL对砂岩裂隙灌浆性能的影响

石窟寺遗产保护技术专题 | 原位聚合AMPS吸水树脂改性NHL对砂岩裂隙灌浆性能的影响

摘要：天然水硬性石灰（NHL）是在石质文物保护领域极具潜力的灌浆材料，但较低的强度和较高的脆性限制了其应用。采用一步法原位聚合制备了2?丙烯酰胺基?2?甲基丙磺酸（AMPS）吸水树脂，得到AMPS/NHL复合材料；通过XRD、FT-IR、SEM等手段对其进行了表征，通过等温量热仪监测AMPS吸水树脂改性前后NHL的水化放热情况；利用万能试验机测试了固化浆体的力学性能（抗压、抗弯以及黏接强度）。结果表明，AMPS在NHL浆体中产生的针网状结构能够在基体中起到穿针引线的作用，加强浆体内部联系，提高黏结效果，从而显著增强浆体的力学性能。3%的AMPS改性浆体在固化28d后，抗压强度高达5.37MPa，较改性前提高了60.7%，黏接和抗弯强度分别提高了12.8%和32.5%。
石窟寺遗产保护技术专题 | 砂岩体裂隙渗流区的探地雷达信号动态响应机制

石窟寺遗产保护技术专题 | 砂岩体裂隙渗流区的探地雷达信号动态响应机制

摘要：裂隙病害是石窟寺较为普遍而广泛存在的病害类型，水的参与加速了石窟岩体中裂隙的发育，裂隙渗流成为文物保护中的一项难题。针对石窟寺裂隙渗流问题，研究了雷达波地下传播特征对砂岩体裂隙渗流的动态响应机制。首先，依据实际物性参数和Richards 方程建立了砂岩体裂隙渗流的瞬态模型；再采用时域有限差分法，对砂岩裂隙渗流模型进行探地雷达波场数值模拟；最后，利用Hilbert 变换进行瞬时属性的提取，分析不同渗流时间下的雷达波场响应特征。砂岩体裂隙渗流模拟发现，裂隙渗流使得岩体渗流区域的介电常数增大，增强了该区域对雷达波的散射，导致雷达波散射的瞬时振幅随含水饱和度增大而增大。研究结果为探地雷达实现超精度探测砂岩体微小渗流裂隙提供了重要的理论支撑。
石窟寺遗产保护技术专题 | 基于机器学习的石窟顶板裂隙热红外识别

石窟寺遗产保护技术专题 | 基于机器学习的石窟顶板裂隙热红外识别

摘要：石窟顶板层状岩体中发育的裂隙相互交切，极易引发石窟岩体的失稳破坏，对其快速精准识别是石窟保护的重要基础。针对石窟顶板岩体裂隙的非接触精准测量需求，结合热红外探测技术和改进的UNet 网络模型，对顶板裂隙网络二值图进行提取，并运用聚类算法，完成了裂隙网络二值图分割识别以及裂隙分组。结果表明，该网络模型各项性能相较于其他网络模型有所提高，Dice系数和推理速度分别达到了71.63%和0.84帧/s，识别过程抵抗人工结构物影响的能力较强，凸显该方法推理速度快，提取精度高、热红外图像适用性好等特点。以安岳圆觉洞顶板为例，应用该方法共分割识别出153条裂隙，并确定了NW327°和NE55°是顶板裂隙的优势走向，与其他测量方法相比识别效果更好。

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目录

石窟寺遗产保护技术专题 | 石窟岩体水致劣化机理与防治研究进展

石窟寺遗产保护技术专题 | 石窟岩体水致劣化机理与防治研究进展

石窟寺遗产保护技术专题 | 多尺度纤维增强乐山大佛修复材料的性能研究

石窟寺遗产保护技术专题 | 多尺度纤维增强乐山大佛修复材料的性能研究

石窟寺遗产保护技术专题 | 温度循环作用下石窟砂岩渗透特性试验

石窟寺遗产保护技术专题 | 温度循环作用下石窟砂岩渗透特性试验

石窟寺遗产保护技术专题 | 基于双边滤波石质文物逆向建模及其稳定性分析

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石窟寺遗产保护技术专题 | 北山168窟顶板加固工程及施工过程跟踪监测分析

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石窟寺遗产保护技术专题 | 潮湿环境下露天石质文物盐致劣化机理

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石窟寺遗产保护技术专题 | 石质文物渗水病害分级评估方法分析

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石窟寺遗产保护技术专题 | 潮湿环境砖石文物本体病害分析及保护技术研究进展

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石窟寺遗产保护技术专题 | 蒙脱土内养护天然水硬性石灰的水化行为及使用性能研究

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石窟寺遗产保护技术专题 | 原位聚合AMPS吸水树脂改性NHL对砂岩裂隙灌浆性能的影响

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石窟寺遗产保护技术专题 | 砂岩体裂隙渗流区的探地雷达信号动态响应机制

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石窟寺遗产保护技术专题 | 基于机器学习的石窟顶板裂隙热红外识别

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