世界文化遗产云冈石窟的防水保护

自然风化是世界文化遗产云冈石窟保存的最大的问题,而其风化与水和盐的活动密切相关.为了解决水对石窟的影响问题,通过多种手段进行了勘查和试验,基本查清了影响云冈石窟保存的水的来源,明确了云冈石窟防水保护工程的重点工作,即顶部防渗、建设保护性窟檐、洞窟凝结水研究与治理.顶部防渗治理应坚持以排为主,防排结合的原则,防渗材料选用膨润土防水毯为宜.建设保护性窟檐对于石窟内部文物所处的环境保持相对稳定具有一定作用.采用新研制的岩石表面凝结水量测量装置,对云冈石窟砂岩表而凝结水量进行的实地测量表明,石窟表而凝结水量相当可观.采用除湿机可以降低窟内相对湿度,可以防止凝结水在岩壁上形成,消除凝结水对石雕的危害.     

云冈石窟顶部土层水盐分布特征研究

可溶盐是石质文物风化的重要原因,其聚集、运移与水密不可分。石窟顶部土层中的盐是云冈石质文物内部盐分的重要来源,因而研究石窟顶部土层中的水盐分布特征对未来减小可溶盐在石质文物内部的聚集具有十分重要的意义。本研究对云冈石窟顶部不同位置、不同深度土层的饱和渗透系数、含水率、孔隙比、可溶盐含量进行了系统的分析测试,并结合取土位置的坡度和植被覆盖率,研究了云冈石窟顶部土层中水盐分布特征。结果表明:植被覆盖率越高,土体含水量越高;坡度越大,土体含水率越低;土体孔隙比与饱和渗透系数呈线性关系。植被覆盖率、坡度及土体的渗透性能是影响石窟顶部土层水盐分布的主要原因。     

敦煌莫高窟降雨分布及入渗特征研究

敦煌莫高窟文物具有唯一性和脆弱性,干燥环境是壁画和塑像长久保存的保障,降雨是病害发生诱因。为了弄清降雨对文物的损害机制,本研究通过气象监测数据分析和野外人工降雨模拟试验,分析莫高窟降雨分布特征和窟顶戈壁降雨入渗和产流规律,为开展洞窟内壁画病害发育机理分析和实施莫高窟洪水风险预控提供理论依据。25年气象监测数据分析表明,莫高窟区域多年平均降水量39mm,集中在5~8月,降雨类型主要为微雨和小雨,频现大于76%,大雨及暴雨均为突发性强降雨,频现仅为1.5%,常常伴随区域洪水的发生。降雨模拟试验结果表明,当平均降雨强度0.75mm/min,降雨历时160min时,入渗湿润锋迁移至深度80cm左右即趋于平衡。但是,高密度电阻率探测表明洞窟地层2~3m处,水分饱和度可达60%左右,极易带动可溶盐向壁画地仗层富集,致使病害发生发展。经计算,窟顶戈壁径流系数0.016,产流能力非常低。区域洪水主要来源于莫高窟周边戈壁及野马山地带降雨汇流。     

云冈石窟五华洞壁画修复保护技术

云冈石窟始建于北魏,以规模宏大、题材丰富、雕刻精美闻名于世,是我国规模较大的古代石窟群之一。五华洞指云冈石窟现编号第9、10、11、12、13五个洞窟,其现存壁画及彩塑均为清代包泥并重装,内涵丰富且色彩绚丽。由于长期受环境因素影响,出现壁画酥碱、地仗层剥离、脱落等病害,再加上窟区近年来湿度和降雨量比较大,壁画局部病害有加重趋势,对现存壁画的长期保存与展示有重大威胁,亟须进行抢救保护。     

河南中部北魏晚期至东魏石刻佛像造型分析

黄河南岸以洛阳为中心的河南中部北魏晚期至东魏石刻佛像,代表着当时北方中央造型式样.绝大多数实例着双领下垂式袈裟,基于袈裟表现形式的微观变化可分为五组,前两组皆为龙门古阳洞实例,在沿袭大同云冈石窟佛像特征的同时形成自身独特性.第三组皆为龙门北魏窟龛中尺寸较大的主尊佛像,出现了多种新特征,第四组在云冈佛像造型基础上向程式化和装饰性发展,第五组是受前四组影响的洛阳周边地区小型洞窟龛像及零散单体造像.五组佛像大致呈先后发展次序,人体造型变化不甚显著,外在袈裟表现则是此时期佛像造型的重心所在.     

云冈石窟大气中二氧化硫浓度的变化特征分析

利用1991年、2001年和2011年云冈石窟站点的空气质量日报数据,研究了云冈石窟大气中二氧化硫浓度的年、季和月变化特征,探讨了二氧化硫对云冈石窟的腐蚀性,分析了云冈石窟大气中二氧化硫来源及影响因素。结果表明,1991年以来云冈石窟大气中二氧化硫浓度逐年减轻,2001年比1991年下降17%,2011年比2001年下降57%,2001~2011年二氧化硫浓度降低幅度较大;1991年、2001年二氧化硫浓度年平均值高于国家三级标准,2011年二氧化硫浓度年平均值低于国家二级标准。二氧化硫浓度存在明显的季节变化特征,冬季最高,春秋次之,夏季最低。二氧化硫浓度月平均值呈"U"型发展变化趋势,1月份和12月份最高,随后逐月下降,6~9月份最低。煤矿生产、居民生活用煤和煤矸石自然是云冈石窟大气中二氧化硫的主要来源,且受气象变化、粉尘及草本植物等因素的影响,云冈石窟大气中二氧化硫污染状况的改善主要是景区多年来周边环境整治的结果,特别是1998~2001年、2008~2010年两次重大的环境整治工程。因此,要长期有效地改善云冈景区的大气环境质量,不仅要科学合理的控制本地煤矿的私采滥挖及工厂企业的燃煤废气排放,更应重视文物周边环境的改善,云冈石窟从保护文物演进到保护文物及其周边环境的综合概念,可作为其他文化遗产地保护的一个例证。     

莫高窟108窟内空气温湿度的变化过程及其对窟内水汽和热量来源的启示

为了对108窟内不同位置的温度、湿度和空气压力进行监测,设置了12个点的传感器。监测结果表明,窟内温度存在着显著的昼夜和长期的变化,其中上层空气的温度变化尤其明显,而下层空气的温度变化则相对较小。在夏天,窟内的上层空气温度高于下层空气的温度。窟内空气的绝对湿度受外部环境严重影响,存在近似昼夜的变化。在分布上,窟内空气湿度在上层和前部高,而在下层和后部则较小。窟内存在着净的水汽输入过程,但水汽不是从洞窟的入口进入的。同样,窟内的空气压力也存在着明显的昼夜变化过程,并受外部环境的影响而升高或下降,窟内东侧的空气压力大于西侧的空气压力。这些结果一致说明,在108窟的东侧上层存在着水汽和热量的来源。研究结果为下一步的盐害防治工作提供了思路,具有重要的科学意义和应用价值。     

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。     

云冈石窟盐类析出物与石雕表面风化破坏形式的关系研究

云冈石窟盐害机理研究对于治理策略选择具有重要意义,为探析云冈石窟风化砂岩破坏形式与岩面伴生盐类析出物的关系,本工作采用XRD法进行了矿物组成的半定量测试,采用酸碱中和法进行了CO₂含量测定,另外采用XRD进行了盐类矿物和硅酸盐矿物定性鉴定,试图探析云冈石窟风化砂岩破坏形式与岩面伴生盐类析出物的关系。结果显示:云冈石窟岩面片状风化与砂岩碳酸盐含量高有关,而粉状风化与岩石中石膏含量高有关,不同盐类结晶析出与洞窟环境有关,这些研究结果对云冈石窟风化病害治理有借鉴意义。     

砂岩类石窟寺保护新进展——以云冈石窟保护研究新成果为例

石窟寺作为石质文物的典型代表,具有极高的历史、艺术和科学价值,但普遍面临着洞窟及岩体失稳、各种水患、雕刻表面污染以及石雕风化等问题。国家科技部和国家文物局立项的"石质文物保护关键技术研究"项目,以世界文化遗产山西大同云冈石窟为例,针对我国砂岩类石窟寺普遍存在的共性关键技术问题,进一步深入研究了砂岩类石窟病害的机理,研发了监测、检测技术手段和装备以及文物加固、保护材料和工艺,提升了云冈石窟乃至我国砂岩类石窟文物保护的整体水平,研究成果已推广运用于同类石窟寺的保护工作。     

河南洛阳龙门石窟潜溪寺岩体构造特征分析研究

为了治理龙门石窟潜溪寺的渗水,保护石窟造像,必须要先摸清岩体构造及渗水通道。本工作采用现场裂隙调查与物理探测相结合的方式对窟区岩体结构构造特征进行了分析研究,在对潜溪寺窟区复杂的岩体结构构造调查分析与现场物理探测实验的基础上,基本摸清了潜溪寺石窟区岩体构造特征和渗水通道。此方面的研究不仅有助于准确认识分析潜溪寺石窟水害的形成机理,对潜溪寺石窟水害的治理及其它类似石窟的渗水病害研究也具有示范和指导意义。     

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。     

云冈石窟第3窟后室顶板加固治理与监测

云冈石窟第3窟是云冈石窟开凿规模最大的洞窟,在开凿过程中戛然而止。特殊的洞窟结构加上千年的自然风化催生了多种病害,其中后室顶板崩塌最为严重。为此,采用岩石测试、地质雷达和钻孔勘查等多种方法,查明了顶板岩石性质和破坏形式。在钢结构支护的前提下,利用环氧树脂裂隙注浆结合玻璃纤维锚杆牵拉的方法对顶板进行加固。对施工完成后121 d的裂隙、倾斜和应力监测数据进行分析,表明加固效果良好,具有广泛的借鉴意义。     

云冈石窟洞窟形制的特征与布局

云冈石窟的洞窟形制反映了北魏时期的建筑特征。现存实物中北魏木结构建筑难以寻觅,但云冈石窟洞窟形制的特征,对于研究中国建筑史有着重要的参考价值。其依开凿洞窟时间的早晚而显出有规律的变化,各个时期均有所不同,可划分为四大类。本从这四类形制的特征作以浅议。     

Damage or protection? The role of smoked crust on sandstones from Yungang Grottoes

Black crusts, such as dust deposit and smoked smudge, are the main pollutants in Yungang Grottoes, the world famous Buddhist heritage site. It is always considered that the black crust should be removed during the conservation process of stones. In this paper, the investigation of the role of smoked crust on the Yungang sandstones was performed to verify if the smoked layer on the stone surface would be harmful or protective. The results of SO₂ corrosion experiments with and without water both show that the samples covered with smoked layer can play a protective role on the sandstones, which means that the smoked layer on the stones can prevent the attack of SO₂ and water, the major deterioration agents in Yungang area. The multi-factor deterioration cycle experiments, including salt crystallization, freeze–thaw damage, wet–dry cycle and acid corrosion, also indicate that the smoked samples are less deteriorated and salt crystallization is the most severe damage to the sandstones.     

粉尘对云冈石窟石雕影响的研究

为了解云冈石窟大气中粉尘污染的现状,用X射线衍射、扫描电镜(EDAX)和显微镜对大气中粉尘的主要物质成分进行了分析。选择SO2和粉尘两个标志作为变动因素,通过室内模拟试验就粉尘对石雕的影响进行了探讨。结果表明,粉尘对石雕的影响既有物理作用,又有化学作用,物理风化和化学风化长期存在,交替作用,互相促进,致使云冈石窟石雕遭受严重的风化。