微环境对龙游石窟粉砂岩风化的影响

通过龙游石窟2号洞离洞口较近的洞内围岩的风化程度比离洞口较远的洞内围岩的风化程度更为严重的事实来论证微环境对粉砂岩风化的影响。为了描述围岩风化的严重程度,利用橡皮泥压模法对龙游石窟2号洞洞口附近围岩和洞内围岩的凿痕深度进行了量测。量测结果表明,洞内围岩凿痕的最大高差和最大起伏度的平均值分别为10.2mm和0.43。与之相比,洞口附近围岩凿痕的相应值都较小,分别为8.0mm和0.35。以上数据说明洞口围岩凿痕的风化深度较大,粗糙程度较小,被"磨平"的趋势更严重。作者认为,2号洞洞口附近和洞内的微环境差异(主要包括降水、温度、光照和苔藓等)造成了上述围岩风化程度的差异。

龙游石窟3号洞第3-2号岩柱的监测与开裂机理分析

龙游石窟1-5号洞室群几百年来一直处于水下,1992年首次被抽干水用于开发旅游。由于抽水前后环境的强烈改变,以及洞内干湿交替明显,所以洞室围岩风化和破坏都十分严重。其中,本文所讨论的3号洞第3-2号岩柱就是已发生严重开裂,并亟待加固。为对该岩柱的加固提供科学依据,需准确把握变形破坏发展情况和据此研究它的变形破坏机理。为此,作者采用JSYCB-73系列电感式测缝仪和钢尺等手段对岩柱开裂的宽度和长度进行监测。根据监测所取得的大量数据和地质条件,对该岩柱的开裂机理进行了分析,得出了以下结论:(1)用来加固邻区的混凝土喷层的重力部分转移到该岩柱上,从而增加了荷载;(2)由于洞内渗水严重、干湿交替、温差变化较大等使风化作用加大。结果,导致该岩柱的强度降低。(3)该岩柱强度的降低和所施加荷载的增加等两个因素最终导致了岩柱被压裂。根据上述研究结论,并考虑文物保护和旅游的需要,提出了治水、地表卸荷、岩柱加锚、加箍等加固措施。加固后的监测数据表明,开裂已不再发展,岩柱已处于稳定。

关于龙游石窟23号古地下洞室23-1号斜坡柱稳定问题的讨论

龙游石窟是一个大型的古地下洞室群,具有重要科学和文物价值。为论证古人在龙游石窟23号古地下洞室的洞口设置23-1号斜坡柱的科学性,开展了稳定问题的相关研究。通过对23号洞的地形地貌、地层、构造、地震等方面开展现场地质调查、三维激光扫描和电镜扫描、X射线衍射试验,分析了23-1号斜坡柱岩体的微观性质。结合岩石的物理力学试验和数值反分析方法,反演分析获得了23-1号斜坡柱的物理力学参数。在以上研究的基础上,通过采用假想相同平均截面,同体积的直立岩柱代替原有的23-1号斜坡柱,利用FLAC 3D软件对比分析了两种不同岩柱的洞体力学特征。研究结果证明了古人设置23-1号斜坡柱明显优于直立的同体积岩柱,有利于洞室的稳定性,由此论证了古人设置倾斜岩柱的科学性。这一科学发现对现代采矿工程、地下空间的开发与利用、岩土工程的设计与施工具有重要的参考价值。

有限单元网格变形技术在岩柱截面优化设计中的应用研究

通过建立一种有限单元网格变形的方法,调节网格节点位置,从而改变岩柱的截面形状。实现岩柱截面变形后,网格节点和单元体数量保持不变,保证网格的连通性,避免因重新划分网格导致局部的位移和应力值发生突变,提高数值模拟计算结果的精度。以浙江省龙游石窟牛场古地下洞室1号岩柱为例,对岩柱截面优化设计开展数值模拟分析。结果表明:通过网格变形的方法改变岩柱截面形状,计算得到岩柱顶板区域的位移变化趋势与原岩柱相似,而重新划分网格的岩柱,在顶板区域的位移值出现了较大的跳动;岩柱顶板区域的应力变化与位移变化具有相同的规律。该网格变形方法为岩土工程结构构件优化设计的数值模拟分析提供了一种新的建模思路。

龙游牛场古工程洞室群变形破坏调查及工程地质条件分析

建于南宋的龙游牛场古洞室是国保单位小南海石室(即龙游石窟)的重要组成部分。这一由两个古洞室组成的洞室群,因开挖年代悠久,并因具有罕见的"边墙-顶板斜撑结构"(2号洞)和"塞式支顶结构"(1号洞)而引人关注。但两洞(包括洞口边坡)的变形破坏都十分严重。为长期保护这一重要的不可移动文物,作者从工程地质条件分析入手,对发生的严重变形破坏作了详细的调查分析。分析表明,长期风化(特别是生物风化)和由缓倾角红层构成的顶板过薄等是造成牛场古洞室发生较严重变形破坏的主要原因。

龙游古地下洞室群洞内落石灾害及其防治方法的思考

龙游石窟是一处重要的不可移动文物,具有规模巨大、埋深较浅等特点。现场调查发现,古洞室的洞口、边墙、岩柱等部位易产生破裂、危岩,并在旅游条件下存在着落石灾害的隐患。显然,落石问题将严重影响龙游石窟古洞室的旅游安全及其长期保护。本文在现场调查的基础之上,结合洞室的受力分析,探索落石产生的机理,认为上部荷载以及风化作用的长期作用是洞室产生落石的主要原因。针对落石的防治提出了安全第一、维持文物原状、兼顾旅游需求的防治原则,并从安全游路规划的角度对落石防治提出了相关建议。本文的研究成果可以为龙游石窟的旅游安全及其可持续发展提供一定的参考。