大足石刻凝结水病害形成机理及现场实验研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:haludahuaidan
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重庆大足宝顶山石刻区距大足县城15km,以大、小佛湾为中心,共有造像近万躯。石刻造像凿于南宋中晚期(公元12世纪末至13世纪中叶),距今800多年。大佛湾沟地形相对较封闭,非常潮湿,宝顶山石刻区的凝结水病害十分严重。尤其千手观音所在的大悲阁、圆觉洞、毗庐道场等大型洞窟之中尤其严重。千手观音造像区位于大悲阁内,建筑物的封闭使造像区空气流通不畅,其东侧的渗水裂隙和泉水使造像区长期处于潮湿状态,导致造像区内产生了严重的凝结水病害。凝结水的长期作用和影响加速了千手观音的风化,也影响了千手观音保护技术的实施,是千手观音保护工程设计必须考虑的主要问题。2008年,经多方文物保护专家集体“会诊”,国家文物局将“千手观音”修复工程确定为全国石质文物保护一号工程。专家组对千手观音的凝结水十分重视。为此作者在大足宝顶山做了两年的凝结水观测和现场试验,取得了如下成果:   本文首先通过现场勘查资料和现场试验分析,千手观音造像区立壁岩体主要山长石石英砂岩组成,含泥质夹层。岩体致密,含泥量高,渗透性极低,砂岩本身不透水。造像区内无渗水构造裂隙,千手观音造像区不受地下水渗透的影响。表明千手观音造像区不受地下水渗透的影响。然后通过对整个大佛湾进行的数年凝结水观测,得到在7月份,大佛湾内绝大多数造像出现水珠和挂流,此时大佛湾内凝结水病害极其严重。本文根据改进的凝结水定量采集仪对千手观音凝结水定量测试,得到千手观音造像区上午凝结速率为53.22g/h.m2。下午凝结速率为49.94g/h.m2。晚上凝结水速率为9.45g/h.m2。由此可知,白天的单位面积凝结速率大于晚上。千手观音造像区的凝结水上午最活跃,下午次之,晚上凝结水活动较弱。再根据红外热成像扫描成果可以确定冬季(11月至次年3月)凝结水的分布面积约占总面积的6.11%。春秋季(4月、5月、9月和10月)的凝结面积约占总面积的51.05%。根据现场观察,夏季(6月~8月)凝结面积达100%。空间分布上,从下往上凝结面积逐渐减少。东侧下部凝结面积最大。通过监测数据表明,千手观音造像区估算全年产生凝结水的时间为4768个小时,约198.7天,占全年54.4%。千手观音造像区上午产生的凝结水量为2423.5kg,下午产生的凝结水量为2484.2kg,晚上产生的凝结水量为1586.9kg。由此可得,千手观音造像区崖壁上全年产生的凝结水总量为6494.6kg。   本文其次通过对千手观音造像区的岩体脱落情况进行统计,得到2009年5月至2010年10月监测千手观音造像的脱落达13次,几乎每个月都在毁坏。通过现场凝结水pH测试,得到千手观音造像区的凝结水均呈酸性,采集的新鲜凝结水无色透明,PH值为6,而风化岩体表层发黄的凝结水PH值为4。由此可知,砂岩的表层风化与凝结水的酸度有关。通过现场采集凝结水进行水质分析实验,得到千手观音和天堂小佛的凝结水的矿化度分别为为17252.55mg/L和20157.55mg/L,属于高矿化度的水,说明凝结水附着在千手观音崖壁砂岩的表面,溶解了砂岩内大量的矿物,从而导致砂岩的结构的破坏,加速了砂岩的风化。圆觉洞渗水的矿化度最高,为20545.48mg/L,为雨水的315倍。   在最后,本文提出了凝结水病害影响因素和防治措施。大足石刻凝结水的产生与窟檐、通风、岩性、风化壳表层特征以及凝结核、渗水有密切关系。在防治方面可采取以下几种方法,一是地面排水沟对千手观音造像前的地面积水进行实时清理,以降低大悲阁内的空气湿度;二是对千手观音造像区东侧的渗水裂隙进行治理,减少大悲阁内的水汽来源;三是红外热成像可以较精确的圈定含水岩体。建议每个月做一次红外热成像扫描,以提高计算精度。   本文创新点是总结了大足石刻产生凝结水病害等级,将千手观音造像区凝结水分为干燥、潮湿、表层薄膜水、水珠、挂流和地面积水。通过凝结水定量测试仪,测定造像区凝结水凝结速率v,从而能够对大足石刻凝结水进行定量评价,进一步评价凝结水病害的危害程度。利用红外热成像方法可以精确圈定千手观音崖壁产生凝结水范围,得到凝结水产生的面积(A)。最后再结合现场观测数据和气象观测资料,得到凝结水产生的时间,利用公式Q=V·A·t得到凝结水的总量(Q)。长期以来在石窟的凝结水研究方面很少,对凝结水研究起步晚,研究的成果也有限。大足石刻的凝结水研究也是近年开始。08年大足石刻艺术博物馆引进的凝结水定量测试仪在千手观音造像区进行首次的凝结水测定,效果不是很理想。09年中国地质大学(武汉)对北京的仪器进行了改造,利用真空采代替增氧机,大大提高了试验效率,缩短试验时间。利用圆形密封罩代替方形的密封罩,增加了试验场的面积,并适合造像区内狭小的空间,试验数据更符合某一片区域的实际情况。利用改造后的对凝结水进行定量研究,取得了丰富的成果。首次得到了千手观音凝结水严重等级,得到了凝结水产生的时间和千手观音造像区产生凝结水的面积。09年我们还首次将红外热成像技术应用于凝结水的研究。砂岩表面由于风化层的影响,凝结水的产生面积不能明显的表露在崖壁表面。红外热成像可以利用温差的图谱定量地测定凝结水产生的严重程度以及产生的面积,在凝结水定量研究中取得了极佳的效果。
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