论文部分内容阅读
云冈石窟是中国最大的石窟群之一,是国务院1961年公布的第一批全国重点文物保护单位。它位于山西省大同市区西16千米处的武州山的南麓,地理位置东经113°7′20″,北纬40°6′35″。从公元5世纪中叶至6世纪初的六七十年间,北魏皇室集中大量人力、物力在武州山削山为壁,在高约30余米的断崖上,曾开凿了大大小小石窟,总共编号252个,至今保存石窟的崖面全长约1000余米,依照自然地形和石窟在崖面上分布情况划分为东部窟群、中部窟群和西部窟群三个区域,其中龙王庙沟是东部窟群与中部窟群区域的分界线。
第3窟位于云冈东部窟群区域的最西端,它的西侧与第4窟毗邻,隔龙王庙沟可与第5窟遥遥相望;东侧距第2窟165米,两窟之间北面为陡峭崖壁,沿山体用不规则的石块垒砌填土形成了宽约5.8～10米道路连通,第3窟窟前有一个宽阔的平台构成的洞窟前庭,南侧为80年代维修工程时拓宽路面修筑石砌陡坡,北侧是北魏开凿的石窟。该窟分前、后室,前室有东西两个侧室,平面皆接近凸字形,东西长23.6米,南北宽6.5米。后室平面为凹字形,东西长42.7米,南北宽15.2～15.8米。其中凹入部分东西长29米,南北宽11～11.4,米。前室顶部二层平台东西各雕一塔柱,中央凿一矩形方龛。内雕交脚米勒菩萨主像。后室北壁西侧雕唐代造像一铺。外壁东西长50米,高26米。其中洞窟西前室高6米,东前室高7米,西后室高17m,后廊道高17～18米,东后室高17m。
从云冈石窟现状看,第3窟的破坏情况十分严重。第3窟存在的主要问题有:崖壁面危岩体发育,洞窟内顶板稳定性极低以及洞窟岩体存在的风化、渗水及盐碱等环境地质病害。上述表明,第3窟的研究、调查及维修迫在眉睫。
因此,为了了解3号窟的病害现状及稳定性情况,为维修加固设计提供科学依据,本文通过对3号窟的现场病害调查及室内有限差分软件FLAC3D,对3号窟稳定性进行了分析计算,得到如下几点认识:
1.云冈石窟西侧发育了一个正断层,在该断层的影响下,云冈石窟发育了一组张拉裂隙,在云冈石窟东侧发育了一个弧形的逆断层,在该逆断层的影响下,云冈石窟发育了一组“X”裂隙,再由于洞窟开挖的影响,在这两组构造裂隙的基础上,发育了许多卸荷裂隙,影响3号窟稳定性的裂隙主要是这三种类型。
2.由FLAC3D三维有限差分法计算结果可知,在山体自重的作用下,模型中的最大不平衡力只用了5798时步从3MPa降到0并收敛,计算过程中没有出现停滞情况,说明模型在天然自重的作用下,山体的稳定性较好。且通过破坏区分布可知,模型中研究区绝大多数部分没有被破坏,说明3号窟整体稳定性好。
3.由于洞窟的开挖,造成了山体整体位移迹线发生改变,模型的总位移方向以垂直向下并沿洞窟所在山体向前倾斜为主,最大位移发生在山顶,最大位移为2.25mm,变形较大,应加强监测及进行加固保护。同时,位移值从山顶到窟顶向洞窟下部及洞窟前方逐渐减小,至洞窟底部位移值为0.25mm。
4.模型整体的最大、最小主应力方向以压应力为主,由于洞窟的开挖,在洞窟上部窗口四周出现了应力集中,在外壁面泥岩区域出现了拉应力,这些区域稳定性较差,属于危险区域,现场调查也发现,这些区域出现了掉块及剥落现象,应加强监测与加固。
5.由所切得几个剖面可知,3号窟的破坏主要是洞窟顶板、门窗的四周及后廊道与外壁面的连接处,由于3号窟顶板跨度大及后廊道顶板正好在泥岩区域,力学性能较差,这是导致3号窟顶板破坏的主要原因,后廊道与外壁面的连接处厚度较薄,受到上部的压力后,容易产生较大的拉应力,从而造成张拉破坏。根据现场调查也发现,这些区域发生了大范围的掉块,模拟分析结果与现场相符。
6.3号窟项板的治理必须考虑岩体特性、顶板及危岩体现状,进行综合治理。一个重点工作就是顶板渗水治理,主要应对前后室顶板进行整体防渗;3号窟顶板基本不存在文物本体,具有开展工程加固的条件。建议对于窟顶危岩体,以小型垂直锚杆为主,穿过顶部的相对软弱的6层,以7层砂岩作为锚固段;洞窟顶部发育有垂直贯穿裂隙,顺上述裂隙部分出现坍塌。建议顺上述部分裂隙设置暗梁对顶板进行加固,并在暗梁上布置锚杆将暗梁吊置于石窟顶部。根据裂隙附近岩体是否坍塌可按下述两种方式处理:对于裂隙一侧已经坍塌的,可顺坍塌边界设置暗梁,暗梁高度与坍塌高度一致,并顺暗梁埋置锚杆;如裂隙两侧岩体均存在,可顺裂隙掏设一上小下大的梯形梁,同样通过锚杆将梁锚固于顶板上;