中国土遗址保护研究进展与趋势——基于文献的图谱量化分析

土遗址作为我国文化遗产的重要组成,其保护受到了越来越多学者的关注和参与,为了厘清近30年我国土遗址保护工作的研究进展以及预测未来的研究趋势,采用文献计量学方法结合VOSviewer和CiteSpace两款文献可视化分析软件,对1990—2021年CNKI的331篇文献进行分析,讨论其研究进展与研究趋势。结果表明:近30年土遗址保护研究发文量整体呈现不断上升的趋势;目前已经形成了小集中大分散的学术团队;已经形成了较为完整的研究网络,研究主题涵盖了病害研究、加固材料研究、锚固技术研究、稳定性研究及保护理念研究等;近30年的土遗址保护研究可划分为土遗址保护概念探索和理论框架构建、土遗址保护材料和技术研究、土遗址病害机理研究三个阶段;完善土遗址病害的分类及定量化分级,构建土遗址保护材料及技术的系统性评价体系,开展多场耦合下土遗址病害机理研究,定量土遗址病害物理及数学模型,结合多学科开展病害发育预测预报模型将成为三大研究主题的主要研究趋势。

微纳米Ca(OH)_(2)加固遗址土室内试验研究

无机材料以兼容性强、耐久性好等特点被广泛应用于土遗址加固,特别疏松结构土遗址加固一直是学界关注的焦点,微纳米Ca(OH)_(2)具有分子结构小、加固效果显著和耐久性好等特点。以世界文化遗产锁阳城为代表,制备密度为1.5 g/cm^(3)的疏松土样,采用浓度为5%、7.5%和10%微纳米Ca(OH)_(2)的悬浊液滴渗加固,通过透气性、色差、无侧限抗压强度和抗剪强度测试发现,透气性下降值均在2%以内,5%和7.5%微纳米Ca(OH)_(2)加固后色差ΔEab*均小于4,在一定范围内可接受;其中用浓度为7.5%微纳米Ca(OH)_(2)加固3次后抗压强度和抗剪强度均有提高,无侧限抗压强度增长率为9.8%,土的黏聚力增加了34%,内摩擦角提高了9°;土-水特征曲线表明,微纳米Ca(OH)_(2)对土的体积收缩率具有较好的抑制作用。扫描电镜、X射线衍射和热重分析发现,微纳米Ca(OH)_(2)渗透加固后,在碱性环境下发生了的物理化学反应,在物理层面主要通过填充、包裹和镶嵌等使得疏松体更加密实,化学层面主要通过氢氧化钙的碳酸化反应形成新的钙质胶结物,这是其强度提高的主要原因。研究表明,微纳米Ca(OH)_(2)在土遗址防风化加固方面具有潜在应用价值。

太平天国侍王府壁画制作材料的光谱学分析

金华侍王府壁画是我国南方殿堂壁画的典型代表,也是太平天国时期保存最完整、绘画最多的壁画遗存。由于地处南方潮湿地区,侍王府壁画在环境因素的影响下,出现了多种病害,保存状况不容乐观。为了保护好这一重要壁画遗存,需要对壁画的制作材料进行科学研究。利用手持式X射线荧光光谱仪(pXRF)和便携式拉曼光谱仪(Raman)在现场开展原位无损分析,初步查明壁画红色颜料使用了朱砂(HgS)和铁红(Fe_(2)O_(3)),白色颜料主要为方解石(CaCO_(3)),其他颜料受分析条件的限制,未能检测出显色成分。通过微损取样获得颜料样品和地仗样品若干,在实验室利用显微红外光谱(μ-FTIR)、X射线衍射(XRD)、显微拉曼光谱(μ-Raman)、热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)等光谱分析技术对蓝绿色颜料、地仗成分、胶结材料类型、纤维种类等开展分析研究,结果表明:蓝色颜料为乾隆中后期传入中国并大量使用的第一个现代合成颜料普鲁士蓝(Fe_(4)[Fe(CN)_(6)]_(3)),绿色颜料有三种,包括人造氯铜矿[Cu_(2)Cl(OH)_(3)],巴黎绿颜料的变色产物氯砷钠铜石[NaCaCu_(5)(AsO_(4))_(4)Cl·5H_(2)O],还有首次在我国发现的锥绿铅铜矿[Pb_(21)Cu_(2)0Cl_(42)(OH)_(40)·6H_(2)O],但目前的研究还未见锥绿铅铜矿作为颜料使用的案例,我国境内也未见此类矿物的报道,认为侍王府壁画中发现的锥绿铅铜矿是其他含铜颜料变色的产物。Py-GC/MS研究结果表明,侍王府壁画颜料层中存在脯氨酸和羟脯氨酸,这是动物胶的主要成分,故侍王府壁画胶结材料使用了动物胶。通过计算壁画泥质地仗和石灰地仗样品中纤维的红外光谱特征峰比值R1(I_(1595)/I_(1105))和R^(2)(I_(1595)/I_(2900)),得出壁画泥质地仗中的纤维为苎麻纤维,石灰地仗中的纤维为棉花纤维。该研究为太平天国侍王府壁画颜料鉴定、修复材料选择及保护提供了科学依据。

贯入法原位测试夯土遗址表面强度的适用性和方法研究

表面强度是夯土遗址重要的测试指标和加固效果的评价依据。常规的强度测试方法受到取样和运输等因素的制约,不适用于作为夯土遗址如夯土补筑、表面加固等措施的效果评估方法。贯入法是成熟的砂浆强度检测方法,通过改装砂浆贯入仪降低了仪器量程;制作夯土样、室内试验验证了测试的较高精度;标定了夯土样贯入深度测量值与抗压强度的幂函数关系,确定了测强曲线。在夯土遗址现场开展原位测试,分析了布点密度对测试结果精度的影响,并利用测强曲线推算了测试区域的表面抗压强度。本研究提出了一套集“仪器改装-室内标定-现场高密度布点测试”为一体的夯土遗址表面强度评估方法,为土遗址加固效果的评价体系建设提供了参考价值。

交河故城瞭望台保护加固技术

交河故城遗址是第一批全国重点文物保护单位,瞭望台是交河故城内重要建筑遗址,它的主要病害是表面风化、裂隙密布、洞顶失稳。在分析病害形成机理的基础上,重点研究了生土遗址保护加固的几个关键技术,对掏蚀深度相对于悬挑土体厚度较小的土遗址,当基础掏蚀深度小于块体宽度的30%时,可不采用砌补技术,只进行表面防风化处理;可选择竹木锚杆、PS-C浆液灌浆加固生土遗址,锚杆的单位锚固力可采用5kN/m;采用新奥法加固洞顶可较好地保持文物原貌;西部干旱地区采用PS材料对土遗址进行防风化加固时应采用低浓度(小于5%)、多次渗透的方式,迎风面渗透次数应不少于3遍,背风面应达4～5遍,并应合理选择施工时间。工程实践检验表明,这些保护技术取得了理想的加固效果。

木质锚杆加固生土遗址研究

通过对木质锚杆、PS浆液加固生土遗址的现场试验,认为不同的PS灌浆材料对木质锚杆的锚固力的影响不大;木质锚杆、PS系列灌浆材料加固土遗址时锚杆的长度不能太大,长度不宜超过1.5～2.0 m;木质锚杆的单位锚固力可采用5 kN/m,单根锚杆的锚固力大于4 kN;建议可进行木质锚杆、PS系列材料加固土遗址钻孔直径和锚杆长度对锚固力的影响的系统研究,并对锚杆的锚头采用新的方法。

南竹加筋复合锚杆加固土遗址研究

南竹加筋复合锚杆是专门针对大体量土遗址加固设计的一种新型锚杆。通过试验证明,采用PS系列灌浆、南竹加筋复合锚杆加固土遗址符合文物保护的原则。当采用水泥砂浆作为灌浆材料时南竹加筋复合锚杆单位锚固力可采用30kN/m,当采用PS-(F+C)浆液灌浆时单位锚固力可采用20kN/m。南竹加筋复合锚杆加固土遗址时的薄弱界面是锚杆杆体与锚固体之间,水泥砂浆和PS-F灌浆材料的强度都可以满足南竹加筋复合锚杆锚固时的要求,水泥砂浆锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为187kPa,特征值为85kPa;12%PS-F与粉煤灰锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为114kPa,特征值平均为52kPa。

干旱区土遗址病害的分类研究

我国西北干旱区分布大量的土遗址,在分析干旱区土遗址病害的基础上,建立了按病害成因、病害表现形式和形成机理分类的土遗址病害3级分类体系和定义。将土遗址的病害分为两大类即自然破坏和人为破坏。自然破坏有5个亚类14个病害表现形式,包括片状剥蚀:雨蚀剥离病害、风蚀剥离病害和裂隙剥离病害;淘蚀:酥碱、风力淘蚀和流水淘蚀;裂隙(缝):卸荷裂隙、构造缝、变形裂隙、建筑工艺裂缝;冲沟:裂隙型冲沟和径流型冲沟;生物破坏:动物病害和植物病害。人为破坏有两种即历史破坏和近现代破坏。

西北地区土遗址病害

西北地区尤其丝绸之路沿线是中国土遗址分布最多的地区,其土遗址分布集中,种类多,赋存环境复杂,具有炎热、年较差和日较差较大、干燥少雨、偶有极端降雨气候,大风、沙尘暴经常发生,构造活动剧烈和地震频繁等特点.土遗址的病害类型多,基本包括了干旱环境土遗址的所有病害.西北地区室外遗址主要病害是片状剥离、风力淘蚀和裂隙;室内土遗址的主要病害是污染、温度剥离和裂隙.土遗址的病害受赋存环境和土遗址本身的特性两方面控制,影响西北地区土遗址病害的环境因素主要是风、雨和地震.

交河故城的裂隙特征研究

用地质工程和建筑学的理论与方法研究交河故城文物本体和载体裂隙(缝)的分布规律和特性。结果表明:交河故城裂隙(缝)主要包括卸荷裂隙、构造裂隙、变形裂隙、建筑工艺裂缝。交河故城发育三组优势节理,卸荷裂隙主要分布在崖体东边和一些宽大的文物本体台地上,具有张开度大,延伸长的特点,其破坏性最大。建筑工艺裂缝是墙体最主要病害,变形裂隙是窑洞的主要破坏形式,崖体裂隙形成与台地微地形地貌及地质条件关系密切,卸荷裂隙和节理共同作用是崖体裂隙的主要特征。

环境对交河故城破坏机理研究

交河故城遗址在自然和人为环境的影响下,已经遭受了严重的破坏,交河故城的环境主要特点是风沙大,温差大,土体耐崩解性差,矿物成分的耐风化、热膨胀系数有差异,位于新构造活动带。它的主要病害有风蚀、雨蚀、裂隙、崩塌等,交河故城的破坏主要是这些因素的综合作用。通过对交河故城赋存环境和病害的调查,分析它的赋存环境因素对土遗址的作用机理,认为风是交河故城破坏的主要外动力,风蚀病害是交河故城的最主要病害,风参与了所有的破坏活动;温差变化大、雨蚀、地质构造和地震是它破坏的因素之一。温度变化引起土体内水分含量的变化是表层土体风化的主要因素;土体中可溶盐、方解石、长石含量高,是它抵抗破坏性能差的主要内因;同时,建议可用PS材料对它进行保护加固。

交河故城垛泥墙体裂隙注浆工艺研究

交河故城垛泥墙体裂隙是一种典型的土遗址病害,注浆是加固土遗址裂隙的有效手段,注浆加固需要解决材料和施工工艺两方面问题。为此,进行了室内和现场试验研究,采用模数3.7、浓度12%、水灰比0.60～0.65的PS-C加固裂隙,取得了较好的效果。通过对施工工艺的研究,对裂隙封闭、灌浆管布置、灌浆工具、裂隙壁渗透、灌浆等工艺提出了相关技术要求,其结果为今后土遗址裂隙加固提供借鉴作用。

敦煌寿昌城墙体表面风化特征研究

通过对敦煌寿昌城遗址墙体表面风化特征的现场调查研究,从保护加固施工的角度出发,按照风化层厚度\表面风化层密度、表面风化层整体均匀性以及风化层的结构等将表面风化层分为三个类型七种形式,并针对每一种形式,提出PS表面防风化加固的施工方法。这种分类研究有助于土遗址墙体表面防风化加固的科学化和推广应用。

楠竹锚杆加固土遗址黏结力研究

通过楠竹锚杆野外现场基本试验,研究了锚杆杆体与锚固体之间黏结强度,结果表明:采用PS系列浆液灌浆,楠竹锚杆杆体与锚固体之间界面是锚杆的薄弱界面,PS系列浆液的骨料粉煤灰和黏土对杆体和锚固体之间的黏结强度影响不大,其黏结强度标准值可选择70kPa,特征值在30kPa,锚杆的极限锚固力标准值可选择10kN/m,按安全系数2.2计算,锚固力特征值可选择为4.5kN/m。

土的含水率测定方法综述

土的含水率测定对于农业生产、地质灾害、工程建设和遗址保护等领域有着非常重要的意义,随着物联网技术的应用和传感器技术的发展,研发适应人工智能的含水率测定技术需求急迫。文中整理比对了各国含水率测定规范方法,并对现有测定方法的优缺点和适应性进行总结分析。提出应进一步加强土壤水分间接测试理论的定量研究,完善数学模型;测定仪器逐步向小型化、低功耗、无损型转变;测定方法应与现代信息技术紧密结合,加强含水率数据的采集和应用于反馈、控制的人工智能管理研究。

植物保护潮湿地区土遗址适应性分析研究

植物对土遗址具有破坏和防护的双重作用,借鉴岩土工程、边坡工程、水土保持工程等相关学科的理论、方法和成熟经验,结合土遗址的保存特性,分析植被对土遗址的作用机理,尽量减少植物对土遗址的破坏作用,充分发挥其防护效应,对潮湿地区土遗址采用植物保护的适应性进行分析研究。

交河故城衰落的原因分析

交河故城是丝绸之路上的明珠,它的发展兴盛和丝绸之路的兴衰有着密切的关系,自然环境和军事科学技术的历史变化使交河古城逐渐恶化了生存的条件,只是增加了它重建的难度,丝绸之路的衰落才是它的灭亡的根本原因,兴亦丝绸之路,亡也丝绸之路。

文物保护学的理论探讨

文物保护就是采取管理与技术措施控制文物病害,减缓文物的劣化,保存文物所蕴含的价值信息,是一门应用性学科,长期以来,一直缺乏自己的基础理论,难以形成一门独立的学科。控制论和风险管理理论为研究文物保护提供了科学手段,基于文物保护学的特点,探讨了通过风险管理理论对文物的风险进行识别、评估、决策,采用控制论研究文物风险系统,进而控制文物病害的发生、发展,实现保护文物的目的的文物风险控制论。该理论的提出有助于当前文物保护学科的深入发展。

土遗址保护研究现状与进展

土遗址保护是一门新兴的科学。土遗址保护研究虽然取得了很大的进步,土遗址保护科学也已初具雏形,但是土遗址保护科学的理论体系还不成熟,土遗址的研究还没有规范,土遗址保护技术还不能满足保护工程的需要。随着大量先进技术的运用和社会需求的不断增大,它将进入快速发展期。

土遗址病害的评估体系研究

土遗址病害评估是对土遗址进行科学保护、管理、利用的一项基础性工作,但土遗址病害评估的体系还没有建立。为此,通过对土遗址病害的分析,借鉴地质工程、岩土工程的相关理论和方法,采用逐次分析的方法评估土遗址的载体和本体病害,探讨了土遗址病害评估体系。通过研究认为,可以从地质灾害、稳定性、表面风化三方面对土遗址病害程度进行评估。地质灾害和稳定性有其它学科相对成熟的理论和方法可以借鉴和采用。表面风化评估应考虑到风化剥蚀速率、遗址保存程度和文物价值三个方面,引进风化度和文物价值权重系数的概念,利用模糊数学原理对表面风化的危险程度进行综合评估是一种新思路。