第1章 石窟寺及其稳定性问题 1
1.1 中国石窟及主要病害问题 1
1.1.1 敦煌石窟 2
1.1.2 龙门石窟 3
1.1.3 大足石刻 3
1.1.4 乐山大佛 4
1.1.5 中国石窟稳定性问题 4
1.2 研究对象 5
1.2.1 石窟危岩体 5
1.2.2 风化岩石与危岩体 6
1.3 石窟岩体稳定性问题的类型 7
1.3.1 崖壁岩体稳定性问题 7
1.3.2 局部岩体稳定性问题 8
1.3.3 石窟顶板岩体稳定性问题 8
1.3.4 廊柱岩体稳定性问题 8
1.4 研究意义 9
1.5 国内外研究现状 9
1.5.1 危岩体研究共性 10
1.5.2 石窟危岩体稳定性特性研究 11
1.6 主要研究内容与技术路线 14
第2章 云冈石窟与云冈石窟保护 16
2.1 世界文化遗产——云冈石窟 16
2.1.1 云冈石窟简介 16
2.1.2 云冈石窟的气候与环境条件 16
2.2 云冈石窟稳定性问题及治理 17
2.2.1 20世纪50年代前的历史维修 17
2.2.2 1949年以来云冈石窟的保护维修 18
第3章 云冈石窟地质环境条件 22
3.1 区域地质背景 22
3.2 云冈石窟区的地质构造 22
3.3 云冈石窟区的地层条件 25
3.3.1 云冈地区侏罗系砂岩 25
3.3.2 云冈石窟砂岩岩性特征 26
3.3.3 云冈石窟砂岩沉积构造特征 27
3.4 云冈石窟摩崖微观地貌特征 31
3.5 石窟地层与石窟稳定性 32
第4章 云冈石窟砂岩特性研究 33
4.1 微观结构及组分研究 33
4.1.1 砂岩微观结构及成分组成研究 33
4.1.2 风化岩样的X射线衍射物相分析 38
4.2 物理力学性质研究 40
4.2.1 密度及孔隙率 40
4.2.2 变形及抗压强度 41
4.3 水理性质研究 45
4.3.1 吸水率 45
4.3.2 渗透系数 45
4.3.3 膨胀系数 46
4.3.4 岩石抗冻性 48
4.4 热学性质研究 50
4.4.1 导热系数 50
4.4.2 比热 50
4.4.3 线膨胀系数 50
4.5 岩石的蠕变特性研究 52
4.6 小结 54
第5章 云冈石窟结构面与危岩体 55
5.1 石窟崖壁表面裂隙的分布规律 55
5.2 石窟内部裂隙分布规律 56
5.3 云冈石窟裂隙网络模型 57
5.3.1 原理与方法 57
5.3.2 结果分析 59
5.4 崖壁危岩体的分布规律研究 60
5.5 小结 63
第6章 砂岩劣化影响因素研究 64
6.1 酸对云冈石窟砂岩的破坏 64
6.1.1 试验方案 64
6.1.2 试验结果分析 65
6.1.3 酸对岩石的破坏分析 69
6.2 可溶盐对云冈石窟砂岩的劣化 71
6.2.1 可溶盐的发育现状及其对云冈石窟文物的破坏 71
6.2.2 试验方案 72
6.2.3 试验结果分析 73
6.2.4 可溶盐破坏试验结论 81
6.3 冻融循环劣化试验 81
6.3.1 试验方法 81
6.3.2 冻融试验成果分析 83
6.3.3 温度劣化机理与结论 93
6.4 干湿循环试验 96
6.5 小结 96
第7章 环境影响因素的监测与分析 98
7.1 云冈石窟监测工作布置 98
7.1.1 龙王沟危岩体的变形与裂隙水压力监测 98
7.1.2 第3窟小型危岩体的张拉、倾斜及温度监测 100
7.1.3 山体稳定性多点位移计布设 101
7.1.4 石窟西侧崖壁表层温度场监测 101
7.2 仪器选型与数据传输系统 101
7.3 危岩体监测结果分析 103
7.3.1 龙王沟1＃危岩体的监测结果分析 103
7.3.2 小型片状危岩体的变形监测结果分析 105
7.3.3 第3窟小型危岩体变形破坏监测结果分析 107
7.4 多点位移计变形曲线 109
7.5 云冈石窟浅层温度场监测分析 110
7.5.1 岩体表面温度及环境温度对比分析 110
7.5.2 岩体钻孔温度随深度变化规律分析 111
7.5.3 岩体钻孔各深度的温度梯度变化规律分析 114
7.5.4 不同时间段的温度比较及破坏模式分析 116
7.6 小结 119
第8章 云冈石窟崖壁小型开裂体发育特征及评估 121
8.1 调查对象及调查方案 121
8.2 红外热成像对云冈石窟危岩体的识别效果分析 121
8.2.1 红外热成像应用基础 121
8.2.2 云冈石窟岩体热成像某一时刻温度场分析 123
8.2.3 红外热成像温度变化过程及危岩体识别研究 124
8.3 第11～13窟摩崖危岩体的调查评价分析 126
8.4 摩崖危岩体稳定性计算 131
8.4.1 滑塌式危岩稳定性计算方法 131
8.4.2 倾倒式危岩稳定性计算方法 131
8.4.3 坠落式危岩稳定性计算方法 133
8.4.4 摩崖危岩体稳定性计算结果 133
8.5 小结 140
第9章 石窟摩崖危岩体多层次评价系统 141
9.1 稳定性及其变化规律 141
9.2 评估因子分析 143
9.2.1 危岩体的位置高度 143
9.2.2 危岩体的体积 144
9.2.3 危岩体与文物本体的关系 144
9.3 评估权重设定 144
9.4 评价结果分析 145
9.5 小结 148
第10章 云冈石窟顶板稳定性问题 149
10.1 顶板梁折式危岩稳定性计算方法 149
10.2 第3窟顶板稳定性分析 150
10.3 第11窟顶板稳定性分析 154
10.4 小结 160
第11章 云冈石窟整体稳定性数值分析 161
11.1 整体稳定性三维分析理论与方法 161
11.1.1 数值分析塑性理论的增量形式 161
11.1.2 弹性各向同性体 162
11.1.3 弹塑性岩体本构模型 162
11.1.4 基于强度折减法的稳定性分析 166
11.1.5 三维模型的建立 167
11.2 云冈第9窟、第10窟稳定性三维数值模拟分析 167
11.2.1 几何模型的建立与边界条件 167
11.2.2 计算参数确定 168
11.2.3 整体位移分析 169
11.2.4 整体应力分析 169
11.2.5 剖面的位移和应力分析 169
11.2.6 廊柱的位移和应力分析 171
11.2.7 强度折减法计算石窟的稳定性 171
11.3 第3窟稳定性分析 172
11.3.1 模型的建立与边界条件 172
11.3.2 整体位移分析 172
11.3.3 整体应力分析 173
11.3.4 洞窟外崖壁面的塑性区分布 173
11.3.5 剖面的应力、位移及破坏分析 173
11.4 结论 175
第12章 云冈石窟第9窟、第10窟廊柱地震动力学分析 176
12.1 模型动力参数选取 176
12.1.1 地震波的选取 177
12.1.2 动力阻尼设定 178
12.1.3 动力边界设定 178
12.2 小震动力响应 179
12.2.1 应力分析 179
12.2.2 位移响应 179
12.2.3 速度响应 181
12.2.4 加速度响应 182
12.3 中震动力响应 184
12.3.1 应力分析 184
12.3.2 位移响应 184
12.3.3 速度响应 186
12.3.4 加速度响应 187
12.4 大震动力响应 189
12.4.1 应力分析 189
12.4.2 位移响应 189
12.4.3 速度响应 190
12.4.4 加速度响应 192
12.5 三种工况下动力响应对比 194
第13章 云冈石窟廊柱及崖壁T-M多场耦合分析 197
13.1 热-水-力三场耦合模拟基本理论 197
13.1.1 单重介质热-水-力耦合控制方程 197
13.1.2 有限元格式 198
13.2 廊柱多场耦合分析 199
13.2.1 有限元模型的建立 199
13.2.2 廊柱计算结果分析 199
13.3 典型崖壁多场耦合分析 206
13.3.1 有限元模型建立 206
13.3.2 计算结果分析 209
13.4 小结 215
第14章 结论 217
主要参考文献 219
附图 225