晋阳大佛边坡岩体风化分级研究

洞窟、造像等大型石质文物大多开凿在露天岩体崖壁上,风化病害是这类石质文物的主要病害之一,已经影响到了文物的传承。因此,开展石质文物风化分级的研究对于制定相应的保护措施具有重要的现实意义。目前,对石质文物风化的形态、机理、影响因素的研究较多,也取得了一些成果,但大多是依据对文物外观和岩体的某项指标进行风化分级,缺乏全面性。本文从岩体外观、岩体结构和岩体物理力学性质三方面出发建立了石质文物风化分级的指标体系,通过结合前人的研究成果并进行现场的实验研究,建立了风化等级的分级标准,将层次分析法与模糊数学理论结合起来,提出了一套兼顾岩体文物特性和工程特性的石质文物岩体风化分级方法。论文进一步将这套方法应用于太原晋阳大佛岩体风化分级研究,对于大佛边坡岩体的风化程度进行了评判,为大佛的重修提供了重要的依据。     

石质文物的风化腐蚀破坏及保护浅析

本文概括地说明了世界各地石质文物的风化腐蚀现象。论述了当前石质文物破坏机理的最新研究成果。特别是对与岩石中可溶性盐份及孔隙特征的关系,以及大气污染对岩石的腐蚀作用作了较为详细的论述,最后介绍了当前的一些保护措施。     

大同云岗石窟文物渗水病害防治方案探讨

大同云岗石窟是国家级重点文物保护单位。多年来其水害严重，造成了文物的损坏，对其治理已经列入文物保护部门的日程。本文分析了大同云岗石窟石质文物渗水病害的类型与成因，并提出了新的渗水病害防治方法，为我国石质文物的保护提供参考。     

超声波无损探伤检测在现代出土石质文物保护中的应用

以超声波法对保护和复原近日在北京出土的乾隆御碑所做的无损探伤试验为例,介绍了用超声波定量检测石质文物内部裂纹缺陷及其风化程度的一种新的方法.对于不同年代的石质文物(如石佛像雕、石碑、石柱等),采用该方法不但能够探测其内部裂隙的走向和发育程度,而且能根据声波的特征判断其风化程度和强度,为文物的保护和复原提供可靠的资料.      

千手观音凝结水的红外热成像检测技术

大足石刻千手观音凝结水的定量研究中,由于雕刻砂岩风化表层的吸附作用,使肉眼观测圈定凝结水分布面积十分困难.为了解决这一问题,根据千手观音凝结水区域红外辐射特征与周围环境存在着明显差异,利用红外热成像仪对千手观音造像区的凝结水进行了检测.结果表明,千手观音造像区凝结水十分严重,即使在比较干燥的冬季,也有凝结水分布,面积约为9.26％,春季开始大面积产生凝结水,分布面积达51.05％,千手观音造像区不同部位的凝结水分布差异性明显,左下角凝结水最为丰富,从下往上凝结水的分布面积逐渐减少.研究表明,利用红外热成像技术可以精确地检测凝结水的面积.     

忠县地面石质文物的风化病害研究

忠县地面石质文物风化病害形式有：裂隙状风化、页片状风化、絮粉状风化、松胀状风化。其中以絮粉状风化对文物破坏最为严重。控制风化的主要因素是：岩性和岩体结构、气候和气象条件、人为的污染。现场简易强度测试数据表明，风化石材的力学强度明显下降。最后提出了三峡水库蓄水前，对石质文物搬迁和保护的建议。参加研究工作的还有王金华、陈超平、唐毅烈、邓修甫、卞大巍、黄明元等人。表１３处文物概况Ｔａｂｌｅ１ＳｕｒｖｅｙｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｏｎｅｃｕｌｔｕｒａｌｒｅｌｉｃｓｉｎＺｈｏｎｇｘｉａｎＣｏｕｎｔｙ表２石材的化学成分（％）Ｔａｂｌｅ２Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｒｏｃｋｍａｔｅｒｉａｌｓ注：丁房阙石样已非新鲜岩石。表３石材岩块的主要物理力学性质指标Ｔａｂｌｅ３Ｍａｉｎｐｈｙｓｉｃａｌ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋｍａｔｅｒｉａｌｓ注：灰绿色砂岩试验成果取自三峡工程库区环境地质研究有关资料。２石质文物的风化病害分析受自然地质环境及人文环境的制约，３处石质文物的主要环境病害是风化病害。２．１风化病害形式［１］（１）裂隙状风化。这是一种典型的物理风化形式，见于无铭阙和临江岩摩崖造像。无     

边坡裂隙岩体内凝结水形成区域的分布特征

以安庆市集贤关一处高陡岩质边坡为研究对象,结合裂隙岩体内春夏秋冬四季4 m深度范围内的温度与相对湿度监测数据,通过研究裂隙岩体内的水热运移和相对湿度过饱和频率的变化特征,对凝结水形成区域进行划分。结果表明:裂隙岩体内水汽过饱和频率沿水汽运移方向逐渐增加;夏季裂隙岩体内由浅到深依次为水汽欠饱和带、近饱和带、过饱和带,凝结水主要形成于深部,秋冬两季依次为水汽欠饱和带、过饱和带、近饱和带和欠饱和带,凝结水主要形成于浅部,春季依次为水汽欠饱和带、近饱和带和过饱和带,凝结水形成区域的分布范围较大。     

西北干旱地区凝结水试验研究

采用称重法,分别在非冻结期和冻结期,对不同土质的土样进行凝结水观测试验,分析讨论凝结水发生的条件、凝结水发生的时间、凝结水形成的主要影响因素、积雪条件下的凝结水、凝结水的数量及其变化以及凝结水的生态环境意义,研究成果对于认识干旱地区凝结水的形成机制及其生态环境意义具有重要价值.     

裂隙岩体内凝结水时空分布规律——以宜阳锦屏山为例

为探索裂隙岩体内凝结水的时空分布规律,以宜阳锦屏山为研究区,监测夏冬两季研究区不同方位裂隙岩体内不同孔深位置处的空气温湿度数据,并分析其绝对湿度与相对湿度。监测数据显示相对湿度多时段连续达到饱和状态。时间上,夏、冬两季各壁面裂隙岩体内均有凝结水形成,夏季比冬季更易形成凝结水,冬季夜晚较白天更易形成凝结水;空间上,研究区裂隙岩体内凝结水分布情况受温度、水分分布及运移传递规律影响,除东、南两壁受冬季西北风的影响,壁面高位置处受太阳辐射较强,部分汽态水向低位置处运移,使得高处凝结水分布范围比低处小。夏季岩体内部凝结水区域外边界在孔深20~50 cm,冬季约在100~200 cm。     

成都金堂李家梁子M23号墓石棺构件矿物组成及风化机理研究

成都金堂李家梁子M23号墓出土的汉朝石棺存在表面粉化、剥落等病害现象,急需保护修复。现场调查表明,该石质文物风化病害主要表现为裂隙状风化、页片状风化、粒状风化、粉末状风化等。本文借助X射线衍射(XRD)、偏光显微镜、扫描电镜等对金堂石质文物进行了微观成分及结构分析。结果表明,文物材质为红色砂岩,其碎屑物主要为石英、钠长石、岩屑和少量云母,胶结物以钙质为主,含少量的炭质及泥质。该砂岩产生风化病害的主要原因是钙质胶结物的溶解流失及泥质胶结物遇水的崩解,同时还受岩屑、长石类碎屑风化蚀变的影响。该研究可为石棺的后期保护修复工作提供基础科学数据。     

Variable temperature and moisture conditions in Yungang Grottoes,China, and their impacts on ancient sculptures

Deterioration of grottoes induced by the negative impacts of the variable temperature and moisture conditions has been an important issue in the conservation of heritage sites in China. In this case study, the spatial distributions and varying patterns of moisture and temperature in the caves of Yungang Grottoes, China, were investigated. The relative air humidity was approximately 100 % in the deep zone of the unsaturated surrounding rocks of the grottoes where the temperature remained almost steady at around 9.4 °C. However, the indoor air temperature, relative humidity, and rock surface temperature in the caves varied significantly because of the active exchange of the air with the outside atmosphere. The condensation water appeared on cave walls in the summer when the dew point in the air was higher than the rock surface temperature. Preliminary assessments with a special collection device indicated that the thickness of the transient condensation water could reach 0.03–0.10 mm on the back wall of a cave. The occurrence of this condensation water is expected to worsen salt deterioration of the sculptures in the grottoes. As revealed by long-term observations, a wooden building in front of a cave can weaken the indoor air temperature fluctuation and reduce the condensation water, and consequently, prevent the negative effects of the microclimate for the sculptures.     

鄂西岩溶槽谷区洼地的水位响应特征及产流阈值估算

以湖北省兴山县黄粮镇刘家坝和龙湾两处岩溶洼地作为研究对象,利用其降雨、水文和土壤水等监测数据,探讨灌入式补给条件下洼地汇流的水位响应特征和产流特点,并基于降雨量和洼地内明渠流量的关系,采用数学拟合方程,估算两处洼地的降雨产流阈值,进而分析了影响产流阈值的因素。结果表明:降雨强度增大,产流阈值减小;土壤前期含水率越大,越有利于坡面产流;落水洞和岩溶泉水位与降雨有较好的同步响应关系,水位变化曲线随雨强大小分别表现出“陡升陡降”和“缓升缓降”的特点;刘家坝和龙湾洼地的产流阈值分别为7.4 mm和10.6 mm。      

龙门石窟碳酸盐岩体文物风化作用模拟试验研究

为了研究凝结水对龙门石窟碳酸盐岩表面的风化作用机理,在现场进行凝结水观测、CO2浓度监测的基础上,利用自行研制、能模拟现场温湿度环境、能提供CO2外部来源,并能对反应过程进行监控的室内模拟试验装置系统对石窟碳酸盐岩风化作用进行模拟实验。实验结果表明,凝结水会造成碳酸盐岩表面的溶解,在CO2加入的条件下风化效果加剧,岩石的质量损失和孔隙率同时增大。经过78次的模拟试验后,灰岩岩样质量损失率为0.077%~0.088%,孔隙率由实验前的0.39%~0.40%增长到0.71%~0.74%;白云岩岩样的质量损失率为0.032%~0.038%,孔隙率由实验前的0.61%~0.68%增长为0.77%~0.85%;灰岩和白云岩的平均溶蚀深度分别为89.475μm和36.865μm,溶蚀速度分别为0.0956μm/h和0.0575μm/h,风化溶蚀作用对龙门石窟文物的影响破坏较大。      

宁夏中部干旱带露水形成机制及其对表层土壤水分的影响

露水的形成及其对土壤水分的影响是进一步量化水循环和生态水文过程的重要依据。为探明露水发生规律, 在宁夏中部干旱带连续3 a观测了每30 min气象资料和表层土壤水分, 用叶片湿度传感器测算了露水量。结果表明: 该区年露水量可达56.41 mm, 75%发生在6—10月, 最大月露水量和日露水量分别为13.40 mm和0.80 mm, 主要发生在03:00—08:00;露水发生的气温、相对湿度和风速范围分别为0~24.4℃、50%~100%和0.16~1.74 m/s, 风向为30°~60°(东北风)和270°~330°(西南偏西风); 气温和露点差与相对湿度之间呈极显著线性逆相关, 气温和露点差小于3 ℃且相对湿度大于80%时极易产生露水; 日露水量为0.6 mm、0.7 mm和0.8 mm时表层5 cm土壤贮水量可分别提高0.10 mm、0.20 mm和0.25 mm。该地区年均降露量是降雨量的13.5%, 露水年均发生频率为126 d(35%), 是当地水循环和生态系统不可忽略的水源。     

Condensation of water vapour on moss-dominated biological soil crust,NW China

Characteristics of water vapour condensation, including the onset, duration, and amount of water vapour condensation on moss-dominated biological soil crust (BSC) and dune sand were studied under simulated conditions with varying air temperature and relative humidity. The simulations were performed in a plant growth chamber using an electronic balance recording the weight of condensation. There was a positive linear correlation between the water vapour condensation and relative humidity while the mean temperature was negatively linearly related to amounts of water vapour condensation for both soil surfaces. The amount of water vapour condensation on BSC and dune sand can be described by the difference between air temperature and dew point with an exponential function, indicating that when the difference of air temperature and dew point exceeds a value of 35.3^?C, there will be zero water vapour condensed on BSC. In contrast, when the difference of air temperature and dew point exceeds a value of 20.4^?C, the water vapour condensation will be zero for dune sand. In general, when the air is fully saturated with water and the dew point is equal to the current air temperature, the water vapour condensed on BSC attained its maximum value of 0.398 mm, whereas it was 0.058 mm for dune sand. In comparison, water vapour condensed on BSC was at a relatively high temperature and low relative humidity, while we did not detect water vapour condensation on the dune sand under the similar conditions. Physical and chemical analyses of the samples pointed to a greater porosity, high content of fine particles, and high salinity for BSC compared to the dune sand. These results highlight that soil physicochemical properties are the likely factors influencing the mechanism of water vapour condensation under specific meteorological conditions, as onset was earlier and the duration was longer for water vapour condensation on BSC in comparison with that of dune sand. This contributed to the greater amount of vapour absorbed on BSC compared to the dune sand under an identical meteorological condition. The feedback of water vapour condensation on BSC formation and its contribution to sustain the revegetation desert ecosystems was discussed.     

Research on the Water Vapor Source Induced Diseases of Wall Paintings in Longxing Temple

The method of ion chromatographic analysis was used to analyze major salt induced diseases of wall paintings in Moni Temple of Longxing Temple, and the non-destructive testing methods included electrical resistivity tomography, microwave moisture measurement, thermal infrared imaging and temperature and humidity monitor were applied to survey the source water vapor source. The results showed as follows: NaCl is head fact induced disease; there are latent areaways in walls and buddha stage; at the same time, the temperature difference between the lesion area and the surrounding murals accelerates the velocity of water vapor migration; the main water vapor source is water vapor in the air of Moni Temple and atmospheric rainfall.     

敦煌莫高窟洞窟围岩渗透特性研究

敦煌莫高窟壁画受自身材质和自然环境等的影响,已经保存了1000多年的壁画产生起甲、酥碱、空鼓、壁画大面积脱落等多种病害。多项研究已经证明,这些病害主要是由于水盐运移导致的,水汽在岩体内的运移促使盐分在壁画表面富集是造成石窟病害主要原因之一。通过石窟围岩的渗透性研究可以解释水汽运移的规律,研究壁画病害形成的机制。在研究中应用原位定水位渗透试验测得了莫高窟洞窟围岩不同地层岩组的渗透系数,并通过高密度电阻率法监测原位渗透试验、X射线CT计算岩石孔隙比等多种方法和手段研究莫高窟围岩的渗透性,认为敦煌莫高窟围岩不同地层具有不同的渗透性,因此,即便处于同一地层岩组,渗透系数也有较大差别;在莫高窟围岩中存在渗透性好的地层,使水汽通过这些地层岩组向洞窟内运移成为可能;鉴于文物的特殊性等原因,在无法直接测得围岩渗透性的情况下,高密度电阻率法和X射线CT扫描是了解围岩渗透特性有效的办法。     

流动沙丘水分深层入渗量与降雨的关系

为分析流动沙丘水分深层入渗与降雨的关系,采用YWB-01型水分深层渗漏记录仪,运用土壤水动力学原理,研究了毛乌素沙地流动沙丘降雨入渗水分传递过程及地表以下150 cm深度入渗补给特征.结果表明:流动沙丘深层土壤水分来源主要为降雨入渗,2010年入渗补给量为141.4 mm,2011年为355.8 mm,分别占同期降雨量的55.1%和68.2%.深层入渗主要补给期为5—11月,期间补给量占全年总量的95%.当土壤水分条件保持在田间持水量范围之内时,降雨过程对土壤150 cm深度的补给作用主要受降雨量和降雨强度的影响,入渗量与降雨量呈极显著正相关(P<0.01),降雨通常在30~48 h后渗透补给到150 cm深层土壤,入渗补给速率在前3~5 h呈快速上升趋势,3~8 h左右达到最大值,此后缓慢下降,整个入渗补给过程可以持续96 h以上.     

雾水的D和18O同位素研究进展

凝结水的D、¹⁸O同位素研究目前主要集中在雾水方面,露水和土壤吸附水的相关研究仍属空白。由于形成时的温度较高,大多数雾水的D、¹⁸O同位素较当地雨水富集,但不同类型雾的同位素特征存在差异。平流式海洋雾为单级的蒸发—冷凝封闭循环系统的首次凝结,D、¹⁸O同位素较当地雨水显著富集;热带云雾林中的地形雾与降雨同时发生,且水分源于同一云团,δD、δ¹⁸O值差异较小;内陆辐射雾因部分水汽源于当地水分的再循环,过量氘和δD、δ¹⁸O值高于降雨。目前有少量研究用D、¹⁸O同位素指示雾水对植被、地下水和地表径流的补给作用,但以定性分析为主,基于端元混合模型的定量评价极少。露水和土壤吸附水的稳定同位素研究是干旱区凝结水研究的重要方向;D、¹⁸O同位素与其它同位素或化学指标的结合有助于促进凝结水生态水文效应的研究进展;短间隔、高密度的长期观测和用于稳定同位素分析的凝结水采样器的设计是需要进一步开展的工作。     

岩溶关键带土壤—洞穴系统CO2运移的时空变化——以河南鸡冠洞为例

为了了解豫西鸡冠洞岩溶区不同尺度下水-土-气的中CO2的变化特征,探究CO2在岩溶关键带系统的运移关系,2019年5月至2020年10月,利用固态传感器对河南鸡冠洞上覆土壤取样点进行高时间分辨率监测,每隔15 min采集一次数据。结合每月采集洞内空气CO2浓度数据、每月测定洞穴水水化学指标数据及每月监测的降水、气温数据进行全面系统地分析。结果表明:①土壤CO2浓度、洞内空气CO2浓度和洞穴水水化学指标具有明显的季节性变化特征,均表现为夏秋高冬春低;②土壤CO2浓度在昼夜尺度下,白天高于夜晚,夏季的昼夜差值最大,冬季的昼夜差值最小,且昼夜变化滞后气温、土温变化约6 h;③洞内CO2浓度变化、洞穴水离子浓度和水化学指标在昼夜变化上具有同步性;④强降雨条件下（单场降雨量为42.2mm）,土壤水分和土壤温度能及时响应降雨变化,而土壤CO2浓度对降雨的响应滞后2 h。洞穴水、洞穴CO2浓度对降雨的响应与土壤CO2具有相似性;⑤基于月均值的土壤CO2浓度与土壤温度、土壤湿度的相关系数分别为0.67、0.031。垂直方向上,CO2浓度变化依次为土壤>洞穴>空气。昼夜尺度上,土壤CO2浓度变化滞后于气温、土壤温度变化,其原因是受上覆植被光合作用强度影响。CO2在洞穴水运移中以脱气沉积为主,补给洞内空气CO2浓度。在强降雨过程中,土壤CO2浓度变化受控土壤的温度和湿度;而在更长时间尺度上,土壤CO2浓度变化更多地受土壤温度影响,土壤湿度对其影响较小。