石窟岩体稳定性监测系统应用与研究

石窟岩体不稳定病害是威胁石窟安全的主要问题之一,需实时对石窟类岩体稳定性变化进行监测,获得的大量基础数据,可进一步验证和校核石窟类岩体保护的各种数学模型的有效性、可靠性。本研究以云冈石窟作为研究对象,探索各种监测手段在石窟岩体稳定性分析评价中的应用。成功地引入工程安全监测中的分析方法,研发了石窟岩体稳定性监测数据分析系统,对岩体表面变形、危岩体倾斜及岩体表面温度场分布等与岩体稳定性密切相关的因素进行了探索性应用研究。本研究促进了文物保护与其他专业学科的交叉与融合,加强了我国石窟文物保护的科技支撑能力。     

基于仰韶水泥的砂岩石窟裂隙灌浆材料室内筛选研究

偏高岭土是高岭土经高温脱水后形成的一种高活性的人工火山灰材料,铝酸钙膨胀剂(AEA)是以一定比例的优质高铝熟料、无水石膏等无机材料共同粉磨而成的抗裂防水膨胀剂。在研究"仰韶水泥"的过程中发现,在烧料礓石水硬石灰中添加偏高岭土后,可有效提高水硬石灰结石体的强度,缺点是收缩变形较大。本研究基于对"仰韶水泥"的研究,结合砂岩石窟及其裂隙加固的特点,通过室内研究在烧料礓石水硬石灰中添加不同比例偏高岭土和膨胀剂AEA后浆液的流动性、凝结时间、收缩率、龄期强度等基本性能,初步筛选出了适宜砂岩石窟裂隙加固的灌浆材料及配比。     

基于仰韶水泥的砂岩石窟裂隙灌浆材料物理力学特性研究

为寻找适宜砂岩石窟岩体裂隙灌浆的材料,进行了基于仰韶水泥的砂岩石窟岩体裂隙灌浆材料室内筛选。研究表明,以烧料礓石为胶凝材料,以偏高岭土、石英砂为填料的浆液可作为砂岩石窟裂隙灌浆的初选材料。进一步试验表明,当浆液材料添加总质量10%膨胀剂后,最优的配比为烧料礓石、偏高岭土、石英砂以质量比1∶0.6∶0.4,最佳水灰比为0.5~0.6。针对该配比的灌浆材料开展物理力学特性测试及耐候性试验,结果表明,该种配比的浆液结石体除具有孔隙率大、收缩小、强度好的特点外,还具有较好的抵御温湿度循环、冻融循环及盐碱侵蚀等的能力,是一种较为适宜的砂岩石窟裂隙灌浆材料。研究结果也可为类似石窟岩体裂隙灌浆材料的选择作参考。     

龙游石窟的成因及遗产价值分析

龙游石窟位于浙江省西部金衢盆地中心,是中国南方罕见的红砂岩洞窟,其成因迄今尚未形成共识。持采石观点的既有研究主要从地质岩性、开采技术和石料需求等方面进行了探讨。本文以龙游县域乃至浙西地区为空间范围,在充分查阅文献与实地考察的基础上,从区域历史、红砂岩采石传统、区域地形、采石成本四个方面论证了龙游石窟作为历史时期采石遗迹的可能性和合理性。在此基础之上,文章分析了龙游石窟较之相关世界遗产项目所具备的比较特点,认为龙游石窟符合世界遗产的第(i)、(iv)和(v)条标准。     

石窟造像防风化加固材料探讨

石窟造像文物具有不可再生性,因此对其保护加固材料的要求非常苛刻,除需具有很好的粘连性、渗透性、透气性、耐候性、疏水性和化学稳定性外,还需具有一定再处理性,且对石窟造像本身无副作用.本文通过对石质文物防风化加固保护材料的梳理,分析了各类保护材料的优缺点和适用性,为我国石窟造像防风化加固保护设计、施工材料选择和应用提供基础资料.     

基于SBAS-InSAR技术的庆阳北石窟寺区域稳定性监测与分析

区域稳定性监测是石窟寺长期保护的一项重要措施。本研究以庆阳北石窟寺所在区域为对象,基于2019年的15景Sentinel-1A卫星雷达影像,采用小基线集合成孔径雷达干涉测量(SBAS-InSAR)技术对研究区稳定性进行监测,获取了研究区雷达视线向形变速率及时序形变,分析了研究区形变的空间、时间分布规律及其原因。监测结果表明:北石窟寺所赋存的覆钟山山体整体稳定,存在微小形变,不存在潜在滑坡变形特征;研究区主要形变区沿河分布,蒲、茹两河交汇处形变最为明显;研究区时序形变呈现随季节变化的规律性,造成其规律性的原因为随季节变化的土壤侵蚀和董志塬固沟保塬项目的实施。该研究证明了InSAR技术在文物遗址区域稳定性监测的可行性,以及其在具有长期性、可靠性的优势,为石窟寺遗址长期预防性保护提供了新的思路和方法。     

浅谈石窟水害的治理

水害是影响石窟长久保存的重要因素。本文对石窟水害的治理理念进行了探讨,介绍了一些古代石窟水害治理的方法,重点对近年来我国石窟水害治理方法进行了总结和归纳,从排和堵两个方面作了较为详尽的介绍,以期对今后的石窟保护工程有所助益。     

浙江龙游石窟“天马行空”图年代考

1992年,浙江龙游发现石窟,洞内有一石刻浮雕像。对此浮雕像内容表示的意义及生成年代众说纷纭。作者从多方面作了分析研究,认为此像应为“天马行空”图,成于南朝时期。     

砂岩文物加固材料与实验室工艺研究

风化砂岩文物的加固是文物保护的重要课题。在本研究中,选择与严重风化的云冈石窟石质文物材质相同的新鲜砂岩为研究对象,采用化学加速风化方法将石质试样进行风化模拟处理,使其风化程度接近于石窟文物本体。利用4种硅酸酯类加固材料和7种实验室工艺条件,对风化模拟石质试样进行加固处理。对处理后的石质试样进行渗透深度、色差、耐盐性、耐紫外老化、无侧限抗压强度性能测试,评估各材料与实验室工艺加固效果。经研究表明:不同材料对风化砂岩均有加固效果,其中硅酸乙酯及其低聚物材料加固作用明显;同种材料、不同实验室工艺条件下加固效果却不一样,减压浸渍法实验室工艺的加固效果最大。本工作结果将为砂岩类石质文物现场加固保护提供科学基础数据。     

云冈石窟的污染物病害调查研究

云冈地区周边经济发展、工业开发等因素使当地自然环境发生了很大变化;石窟本身成为旅游热点,也使石窟内的病害类型、特征、面积、危害程度等都发生了变化,尤其是各种污染物病害对石窟的破坏作用明显加重。为了更加有效地保护石窟文化遗产,从2010年1月起,浙江大学文物保护实验室会同云冈石窟研究院和西安文物保护修复中心,共同对云冈石窟45个有石雕艺术品的洞窟内的污染物病害进行了系统调查,对污染物种类(包括内源性和外源性)和污染程度进行了分类统计。该工作属于国家科技支撑计划"石窟文物表面有害污物清除技术研究"课题的一部分,同时也是石质文物化学清洗研究的需要。本次调查对于污染物病害分类及命名依据国家标准WW/T0002-2007:石质文物病害与分类图示。调查结果表明,窟内至少存在表面污染与变色、表面层风化、表面生物病害、修补残留及水斑等5大类污染物病害,具体包括粉尘污染、烟熏结壳、黄斑、涂鸦刻画、触摸油脂等12小类,总污染面积达7059.66m~2。同时,分析研究了主要污染物病害的成因和危害性,研究结果为进一步开展清洗和保护研究提供了基础科学数据。如何判别各种污染物对石窟造像的危害?是否需要去除?如何在"最小干预"的原则下最大限度地保护好云冈石窟?这些仍然是有待研究的重要课题。     

典型石窟砂岩的毛细吸水与变形响应特征

针对云冈石窟、乐山大佛和大足石刻,选择当地新鲜砂岩开展蒸馏水一维毛细上升试验,获取吸水质量和浸润前锋演变趋势,同时利用三向应变花测定试样不同高度处表面局部微应变的发展规律,并结合微观结构特征对宏观性质进行分析。研究结果表明:整个毛细吸水过程可划分为3个阶段,吸水率以及毛细高度随时间变化最快和最慢的分别是乐山砂岩和大足砂岩;云冈、大足和乐山砂岩局部微应变的最终值依次增加,且存在数量级上的差异,其变化趋势与浸润前锋运移密切相关,竖直和斜45°应变表现为先收缩后膨胀;砂岩毛细吸水和水化变形能力的关键影响因素分别是孔径分布和黏土矿物成分,其与文物真实产生的粉化、崩解、开裂和片状剥落等表面风化病害的形成密切相关。研究成果可为毛细水相关的劣化机理揭示提供丰富的参考数据,并向类似文物的病害评估与科学保护提供可靠的理论依据。     

Consideration on the construction process and the sandstone quarries during the Angkor period based on the magnetic susceptibility

Detailed magnetic susceptibility measurement was conducted on the sandstones used for the Angkor monuments constructed in the period spanning the Preah Ko and Angkor Wat styles, and the construction process of the buildings and quarries of the sandstones was considered. Combined with the previous study on the sandstones of the Bayon style [Uchida, E., Cunin, O., Shimoda, I., Suda, C., Nakagawa, T., 2003. The construction process of the Angkor monuments elucidated by the magnetic susceptibility of sandstone, Archaeometry 45, 221–232], the magnetic susceptibility measurement revealed that there were 7 sandstone quarries corresponding to Stages I, II, III, IVa, V, VII and VIIIb during the Angkor period. The sandstones used for the monuments belonging to Stage I show average magnetic susceptibility values ranging from 1.1 to 2.3 × 10⁻³ SI units. In the Bakheng style period (Stage II), the average magnetic susceptibility of the supplied sandstones decreased gradually from around 10 to 1 × 10⁻³ SI units over time. The magnetic susceptibility range of the sandstones used for the monuments of Stage III was from 2.3 to 3.0 × 10⁻³ SI units. In the early Angkor Wat style period (IVb), the average magnetic susceptibility of the supplied sandstones increased over time, reflecting the supply of the sandstones from two different quarries, that is, the quarry corresponding to the Khleang and Baphuon style monuments (Stage IVa), with low average magnetic susceptibilities of 1.1 to 2.4 × 10⁻³ SI units, and the quarry corresponding to the main Angkor Wat style monuments (Stage V), with high average magnetic susceptibilities ranging from 2.8 to more than 4.3 × 10⁻³ SI units. The sandstones of Stage VII show low average magnetic susceptibility around 1 × 10⁻³ SI unit. The sandstones of Stage VId is a mixture of sandstones of Stages V and those of Stage VII. The sandstones with high magnetic susceptibilities are found in the monuments belonging to Stage VIIIb, reflecting the supply from the new sandstone quarry.     

Khmer sandstone quarries of Kulen Mountain and Koh Ker: a petrographic and geochemical study

Sandstone from several ancient quarries and natural outcrops located at the eastern foothill of Kulen Mountain and in Koh Ker, northern Cambodia, has been characterized by means of petrographic analysis, scanning electron microscopy, and geochemical analysis. The samples have been collected during a series of field surveys organized jointly by The Metropolitan Museum of Art and the Authority for the Protection and Management of Angkor and the Region of Siem Reap (APSARA). The data show how the sandstone quarried from these sites is characterized by an overall petrographic and geochemical homogeneity, and is consistent with the upper terms of the Lower–Middle Jurassic Terrain Rouge Formation.     

Nature and provenance of the sandstone used for Bayon style sculptures produced during the reign of Jayavarman VII

Under Jayavarman VII (1182/83-ca.1218 CE) the Khmer empire reached its apex, leaving a heritage of major construction works and unique artistic production. The stone materials of several sculptures produced under his reign were characterized and compared to possible geological sources in northern and eastern Cambodia. The data suggest that a specific type of sandstone, rich in volcanic detritus, was deliberately selected and quarried from a Triassic sedimentary sequence exposed far from Angkor, the main political and economic center at that time.     

Salt weathering of sandstone at the Angkor monuments,Cambodia: identification of the origins of salts using sulfur and strontium isotopes

The Angkor monuments in northwestern Cambodia, which are primarily made of sandstone, are suffering from deterioration due to salt weathering. In order to elucidate the sources of the salts and salt weathering process, this paper analyzed bulk chemical compositions and S (sulfur) and Sr (strontium) isotopic ratios for the salts and surrounding environmental materials. At places where bats inhabit the structures, various kinds of sulfate and phosphate salts are formed on the surface of the sandstone. The results of the analysis demonstrate that the S and P (phosphorus) components in the salts are primarily derived from bat guano. Moreover, Ca (calcium), which is the major element in the salts, is suggested to be derived from both bat guano and the sandstone. The isotopic data strongly suggests that bat guano is related to salt weathering. Removal of these animal excrements is essential for future conservation of these monuments. On the other hand, exfoliation of sandstone commonly occurs due to crystallization of calcite (CaCO₃) on platform surfaces of pyramid-type monuments. A large amount of Ca in calcite is suggested to be derived from calcite cement of the building sandstone.     

SO2与水分综合影响下的云冈石窟砂岩劣化研究

气体污染物SO₂是造成云冈石窟文物本体劣化的重要因素之一。为厘清SO₂与水分耦合作用下的云冈砂岩劣化规律，开展不同SO₂浓度、相对湿度以及降水条件下的室内模拟风化试验，测定试样质量、表面特征和化学成分变化。结果表明：SO₂易与砂岩中的碳酸盐矿物(如方解石)和长石发生化学反应，产物包括CaSO₄·2H₂O、MgSO₄·7H₂O和高岭石等，且随着相对湿度增加，反应程度增大，造成试样的质量、色差值、可溶盐含量上升及硅铝比下降；液态水的参与能显著加快SO₂与砂岩的相互作用过程，不但增加了各项指标的变化幅度，还加大了SO₂入侵深度。研究成果可为砂岩质文物的科学认知和预防性保护提供参考。