地震荷载下莫高窟围岩动态损伤特性研究

本以敦煌莫高窟为研究对象，阐述了地震荷载下洞窟围岩动态损伤的影响因素；采用动力有限元法。从地震动特性入手。分析研究了地震作用对洞窟围岩及其附属构筑物可能造成的损坏，为石窟物地震安全评估及防灾对策研究提供了依据。     

敦煌莫高窟玉门组砂砾岩风化特征研究

风化是引起莫高窟围岩（砂砾岩）破坏的一种重要病害,严重影响莫高窟的长期保存。为研究莫高窟玉门组砂砾岩的风化特征,选取莫高窟南侧一处崖体为试验点,采用逐层剥离的方法,分别在距崖体侧表面0cm、3cm、5cm、8cm及10cm深度处进行现场声波测试、回弹测试并取样进行X-射线衍射试验和易溶盐试验。试验结果表明:莫高窟围岩在风化作用下强度降低,现场声波测试和回弹测试结果均随着开挖深度的增加而不断升高;砂砾岩胶结物的主要矿物为石英、方解石、长石、白云石、石膏等,主要黏土矿物是绿泥石;其可溶盐主要包括Na₂SO₄、NaCl、CaSO₄等。同时结合气象数据及试验结果,分析了影响岩体风化的主要因素,初步讨论了岩体的风化机理,包括:（1）温度应力引起岩体结构破坏和裂隙发育;（2）胶结物中的主要矿物方解石易于发生水化作用,转化成易溶的Ca（HCO₃）₂,发生迁移,破坏岩体的胶结结构;（3）盐风化也是岩体风化的一个重要方式,Na₂SO₄、CaSO₄等可溶盐在水汽作用下发生溶解、结晶及水合作用,体积膨胀,对孔隙壁产生较大压力,致使岩体颗粒之间联结减弱,结构破坏,裂隙发育。     

金字塔沙丘地表气流场及其动力学过程研究

沙丘沉积构造指示及风洞实验结果表明：莫高窟顶金字塔沙丘形成于３组风向条件下（ＮＥ、ＳＷ及ＮＷ）,是链状沙丘的一种变形、分离形式。从沙丘形态特征分析,三面体金字塔沙丘及其它复杂沙丘类型（线形、格状、多面体金字塔沙丘）之间存在某种内在本质的联系。即多信风条件下产生的风向组合,通过主、副脊（梁）的不同形式发育组合过程,形成适应于地表气流的地貌形态。同时认为：沙丘沉积构造及风洞实验相结合的综合研究比以往单一过程研究更为全面、系统、深刻。     

极干旱地区土壤与大气水分的相互影响

基于建立在莫高窟窟顶的密闭拱棚,通过监测棚内凝结水量和空气温湿度,对极干旱地区典型极干旱气候条件下土壤与大气水分的相互影响进行综合分析。棚内凝结水量和空气温湿度的监测结果表明,在热动力作用下存在地下水分向大气输送的过程,其原因主要是在温度作用下土壤结合水分的分解蒸发与土壤盐分的吸湿吸附的交替作用。这也是形成所谓“土壤凝结水分”与“土壤水分呼吸”的根源。当温度升高时,土壤结合水分分解蒸发“呼出”水分,当温度降低时土壤盐分吸湿吸附,“吸入”大气水分,形成土壤与大气不对称水分交流。称质量实验表明：土壤水分的变化与空气温度的变化完全对应;有深层水分支持的土壤吸收大气水分的能力相对较差。极干旱地区土壤与大气水分的相互影响研究结果能为莫高窟珍贵文物的保护提供参考。     

环境因子对敦煌莫高窟洞窟水分蒸发的影响

环境因子对洞窟水分蒸发有重要影响.在敦煌莫高窟72窟蒸发水分的收集过程中,通过对窟内温度和湿度的控制,分析窟内温湿度对水分蒸发的影响及作用机理,并根据围岩水分蒸发机理,探讨影响水分蒸发的外部环境因子.结果表明,洞窟2.0℃的温度变化即可对水分蒸发产生显著影响,短期内蒸发量可增大1倍以上.温度高、蒸发量大,可导致窟内相对湿度增加,因此目前全球性的气温升高对洞窟文物将产生不利影响.敦煌地区降雨量的增加增大了空气潮湿过程激活壁画盐分的可能.莫高窟所处的地理位置、地热、地形结构、围岩孔隙度和洞窟结构本身对围岩水分蒸发有重要影响.本文从环境因素揭示了莫高窟壁画能够保存至今的关键原因,为今后洞窟文物的更好保护提供了新思路.     

莫高窟PM10浓度与气象要素的关系

采用2018年敦煌莫高窟第16窟窟内与窟区PM₁₀浓度及气象数据,分析PM₁₀时空分布特征及其影响因素。结果表明：（1）两处监测点PM₁₀浓度主要分布在50 μg·m^-3以下,受重污染天气影响较小;春、冬、秋、夏季依次降低,窟区PM₁₀浓度在春、冬季高于窟内,夏、秋季反之。（2）PM₁₀浓度3月最高,9月最低,5—9月窟内月均值高于窟区。PM₁₀污染日数窟内5月最多,而窟区3、5月较多。（3）PM₁₀浓度日变化曲线在春季和秋季呈“双峰”型,夏季和冬季呈“单峰”型。（4）在半封闭环境的洞窟内,沙尘暴发生前后,PM₁₀浓度达到极值及恢复至原来水平的时间均滞后于窟区。（5）在不同季节PM₁₀浓度与气温、风速和降水呈负相关。除秋季外,PM₁₀浓度与相对湿度、气压呈正相关。（6）窟区全年主风向为ESE,在冬春两季,此风向PM₁₀浓度最高,PM₁₀主要来自三危山前的戈壁滩、干涸的大泉河河道以及窟前裸露的地表积尘。     

敦煌莫高窟潜在地震变形数值模拟

在研究莫高窟地区地震地质条件及潜在地震危险性分析的基础上,基于地震的断层弹性位错理论,采用位移水平分布的抛物线模型,假定三危山断层分别发生5.5、6.0和6.5级地震情况下,用三维有限元的方法分析计算了莫高窟地区的潜在地震变形。给出了在震级5.5、6.0及6.5级三种情况断层逆冲和水平走滑两种活动方式下,莫高窟区的地震位移和应变值,供石窟的抗震设防加固设计参考。     

极干旱地区土壤与大气水分的相互影响

基于建立在莫高窟窟顶的密闭拱棚,通过监测棚内凝结水量和空气温湿度,对极干旱地区典型极干旱气候条件下土壤与大气水分的相互影响进行综合分析。棚内凝结水量和空气温湿度的监测结果表明,在热动力作用下存在地下水分向大气输送的过程,其原因主要是在温度作用下土壤结合水分的分解蒸发与土壤盐分的吸湿吸附的交替作用。这也是形成所谓"土壤凝结水分"与"土壤水分呼吸"的根源。当温度升高时,土壤结合水分分解蒸发"呼出"水分,当温度降低时土壤盐分吸湿吸附,"吸入"大气水分,形成土壤与大气不对称水分交流。称质量实验表明:土壤水分的变化与空气温度的变化完全对应;有深层水分支持的土壤吸收大气水分的能力相对较差。极干旱地区土壤与大气水分的相互影响研究结果能为莫高窟珍贵文物的保护提供参考。     

世界佛教艺术宝库的奇葩东方卢浮宫我国四大石窟之一敦煌莫高窟极大的吸引着世人的视线

莫高窟,俗称干佛洞,我国著名的四大石窟之一,被誉为20世纪最有价值的文化发现、“东方卢浮宫”。位于甘肃敦煌市东南25公里的鸣沙山东麓崖壁上,上下5层,南北长约1600米。它始建于十六国的前秦时期,历经十六国、北朝、隋、唐、五代、西夏、元等历代的兴建,形成巨大的规模,有洞窟735个,壁画4．5万平方米、泥质彩塑2415尊,是世界上现存规模最大、内容最丰富的佛教艺术圣地。近代发现的藏经洞,内有5万多件古代文物。1961年,被公布为第一批全国重点文物保护单位之一。1987年,被列为世界文化遗产。     

复杂风况条件下戈壁输沙量变化规律的研究

 戈壁输沙量与输沙势的定量关系一直是风沙地貌及风沙工程的关键科学问题之一。对莫高窟顶戈壁输沙量的长期监测（2008年5月至2009年4月）结果表明,窟顶戈壁输沙势为129VU,窟顶北侧的总输沙量约905 kg·m-1左右。其中,偏东风输沙量达500 kg·m-1,偏西风输沙量达320 kg·m-1。当风速大于11 m·s-1时,戈壁风沙发生长距离的输送,偏西风可将265 kg·m-1的沙量输送到窟区,偏东风可将410 kg·m-1的沙量吹回到鸣沙山。根据本区偏东风强盛,且偏东风戈壁输沙量大于偏西风输沙量的特点,提出了以固为主,输导结合的莫高窟风沙防治的主导思路。认为在窟顶构建一个既能阻截沙物质,又能对阻截的沙物质进行输导的人工戈壁床面是完全可行的。