石窟寺岩体劣化机制与失稳机理研究进展

石窟寺作为弥足珍贵的文化遗产,受内外因素的长期影响,劣化严重,失稳破坏现象频发.为更好地开展石窟文物保护,对石窟寺岩体劣化失稳方面的研究成果进行了系统梳理.在阐述石窟寺岩体劣化和破坏研究的基础上,从成岩环境与区域地质、区域环境演化、可溶盐、水环境、生物作用、洞窟形制和多因素耦合共7个方面总结了各因素作用下石窟寺岩体的劣化机制与失稳机理,指出石窟寺岩体劣化失稳的根本原因是内外因素引起的力学作用、物理作用、化学作用、生物作用的相互耦合,往往表现为岩体内部微结构产生-拓展-贯通-成网的演化过程,并导致岩体发生累积性和瞬时性破坏.石窟寺岩体的劣化失稳表现出多样性和地域差异性,研究思路可相互借鉴,并由此展望了石窟寺岩体保护在多尺度、多手段、多因素耦合和多区域联合等方面的研究需求.     

云冈石窟砂岩特性与岩石风化试验

侏罗纪期间河相沉积而成的巨大砂岩透镜体是云冈石窟遗产载体,在目前环境条件下,石窟砂岩风化破坏非常严重。通过现场调查表明,在不同细分层位,砂岩破坏特征与其沉积环境及沉积构造密切相关。进一步对不同风化程度样品进行测试,以此建立起风化评估依据,结果表明,该砂岩化学风化主要体现在胶结物流失、长石蚀变,而次生可溶盐结晶及冻融形成的物理破坏也不应该忽视。通过风化模拟试验可知：酸的溶蚀对石窟岩体表面造成直接破坏;同时,形成的可溶盐将导致砂岩出现由内而外劣化现象;由于岩石的孔隙率低、渗透性较差且胶结密实,岩石抵抗冻融作用相对较强。建议云冈石窟目前保护措施以治水为主,通过减少崖壁表面渗水、洞窟裂隙渗水及底部泥岩泛潮来减少上述劣化作用效应。     

河南洛阳龙门石窟溶蚀病害机理的研究

河南洛阳龙门石窟位于碳酸盐岩体中,易于溶蚀。近年来,石窟区伊河水以及雨水中Cl-、SO2-3等有害离子明显增加,加剧了石窟的岩溶病害。在龙门石窟溶蚀现4、NO-4、NH+状调查的基础上,从岩溶的空间分布规律、岩体结构渗水连通网络和微观结构等方面探讨了溶蚀病害的机理。提出治理龙门石窟溶蚀病害的根本途径是治水,应该通过裂隙注浆,设置地表防渗铺盖和地表排水系统等止水措施,杜绝雨水入渗到洞窟内溶蚀雕刻品。此外,对现有岩溶沉淀物可以采用软化剥离的方法进行人工清除,对雕刻品上的溶洞、溶沟等可采用石窟原岩岩屑调制的修复砂浆进行充填修复。     

相-势-源复合控油气成藏机制物理模拟实验研究*

含油气盆地的地质相、流体势、烃源灶是影响圈闭含油气性的决定性因素, 三者缺一不可。在各要素满足控藏临界条件下, 优相-低势-近源复合指数(FPSI) 越高, 圈闭含油气性越好。基于相-势-源复合控油气成藏机制开展物理模拟实验研究, 结果表明:“源”控制着油气成藏的物质来源, “相”控制着油气成藏的孔隙空间、“势”控制着油气成藏的运移动力, 当三者联合作用时能够形成油气藏。实验结果还表明, 圈闭外部(盖层)岩相和圈闭内部(储集层)岩相粒径差别越大, 越有利于油气在毛细管力作用下从细粒低孔渗的围岩之中进入到粗粒高孔渗的储集层之内聚集成藏, 临界条件是：圈闭外部围岩颗粒粒径较圈闭内部储集层颗粒粒径小2倍以上, 或外部毛细管力较之内部大2倍以上, 也即外部界面势能较内部高2倍以上;圈闭外部烃源岩含油气饱和度越高, 越有利油气进入圈闭内部储集层中聚集成藏, 临界条件是外部源岩的含油气饱和度达到和超过5％。     

深部大断面厚顶煤巷道围岩稳定原理及控制

针对深部高地应力、大断面、厚顶煤巷道围岩控制难题,采用理论分析、数值计算等方法研究了其变形破坏机制及其控制技术。研究结果表明,深部大断面厚顶煤巷道顶煤塑性区呈“拱形”或上宽下窄的“倒梯形”形态,直接顶塑性区则呈“矩形”形态,且存在肩角稳定区域。提出了“倒梯形”塑性区形成的层理面剪切破坏作用机制：在深部高应力（尤其是高水平应力）以及顶煤较大下沉产生的附加水平应力作用下,顶煤和直接顶之间的层理面发生剪切破坏,并引起其附近煤体破坏,促进了顶煤“倒梯形”塑性区的形成。基于此,提出了高强高预紧力锚杆和斜拉锚索梁联合支护围岩控制技术,认为斜拉锚索可锚固在肩角稳定区域,并起到限制顶煤与直接顶岩层之间层理面的剪切变形、阻止顶煤塑性区由“拱形”向“倒梯形”发展的作用。研究成果成功应用于工程实践     

高温冻土区新型复合护坡降温机制研究

遮阳板碎石复合护坡是一种集碎石护坡和遮阳板护坡双重效用于一体的新型复合护坡结构,是一种很好的治理高温冻土区块碎石护坡路基病害的补强措施。基于遮阳板和块碎石单个工程措施降温机制的研究,通过对这种新型复合护坡路基的温度场和速度场特征以及降温过程的研究,提出新型复合护坡路基的降温机制。研究发现,封闭新型复合护坡的主要降温机制是：复合护坡中遮阳板有遮阳和挡风雪作用,碎石层有“热半导体”效应和“热屏蔽效应”（屏蔽遮阳板的二次辐射）;开放新型复合护坡的主要降温机制是：遮阳板有遮阳、挡风雪作用,碎石护坡有 “热屏蔽效应”（屏蔽热风和二次辐射）和“烟囱效应”,遮阳板和碎石护坡组合的通道有“虹吸效应”、“狭管效应”和 “烟囱效应”。研究成果完善和深化了新型复合护坡路基研究基础,而且对遮阳板和块碎石结构在青藏铁路或青藏公路中的应用提供科学依据和技术支撑。     

四川广元千佛崖石窟造像表面风化的环境地质问题分析

采用温湿度测试、石窟造像渗水实验、石窟造像吸水的红外成像、岩石特征分析等手段,对四川广元千佛崖石窟造像表面及其周围环境进行监测,以及对石窟造像岩石特征进行分析。结果表明：进深较大的窟室内外存在2℃~4℃的温差,岩石0~40 mm深度范围内温度与外界气温存在显著相关性;石窟造像岩石主要成分为长石、石英、黑云母及黏土矿物,岩石渗水率和吸水率高,表层风化程度高。环境和岩石特征揭示广元千佛崖石窟造像的风化机理为：石质文物棱角部位和小型石窟造像对温度的变化敏感,当气温出现变化时,其温度变化剧烈,而其他部位相对滞后,从而导致石窟造像表层岩石在热胀冷缩的应力下出现微裂隙,并随着微裂隙逐渐增大,石质文物表面出现疏松、起壳、鳞片剥落等病害。同时微裂隙的出现增加水入渗的途径并扩大水-岩相互作用的面积,含水矿物的水合压力和结晶压力使岩石内部结构疏松逐渐破坏;水化学作用导致可溶盐离子形成,并随水毛细迁移在石窟造像表面聚集,导致石窟造像表面酥碱、锈染、彩绘层空鼓等失去原真而破坏。最后提出在窟龛上面加盖窟檐和在崖顶及立面坡面刻槽疏排水流等石窟造像治理措施来减缓其表面风化。     

近距离上保护层开采瓦斯运移规律数值分析

采动裂隙是瓦斯运移的通道,搞清瓦斯运移规律是瓦斯治理的前提。在考虑岩石动态破坏过程和含瓦斯煤岩渗流-应力-损伤耦合的基础上,结合平煤五矿实际地质条件和开采工艺,建立了数值计算模型,应用RFPA-Gas程序模拟了近距离上保护层采动顶底板岩层变形破坏、裂隙演化规律与瓦斯运移规律。模拟结果较好地再现了保护层开采过程中煤岩层应力变化、顶底板损伤及裂隙演化过程,得到了上覆岩层移动的“上三带”（冒落带、裂隙带和弯曲下沉带）和底板变形的“下两带”（底板变形破坏带和弹塑性变形带）。得到了被保护层瓦斯流量分布、瓦斯压力分布和透气系数的变化规律,卸压煤层瓦斯透气性增大了2 500倍,得到了煤壁下方压缩区和膨胀区之间的张剪瓦斯渗流通道,并将保护层底板压缩区和膨胀区的瓦斯渗流特征提炼出来：压缩区对应的是渗流减速减量区、膨胀区由卸压膨胀陡变区和卸压膨胀平稳区组成,分别对应着渗流急剧增速增量区和渗流平稳增量区。指出卸压膨胀陡变区是瓦斯突出危险区,为近距离保护层开采瓦斯治理指明了方向。实践表明,瓦斯治理效果显著。     

宝顶山石窟造象岩壁风化产物化学特征及形成分析

为研究宝顶山石窟区造象岩壁风化破坏及渗水危害的作用机理,选择不同类型风化产物进行定期采样监测。本文重点论述了外围岩石和造象岩壁风化产物的化学成分及矿物成分、风化产物可溶盐的化学特征及可溶盐类型,以及这些特征的多年变化规律,分析论证了可溶盐不同水化学成因类型的形成特征,为防风化防渗水危害治理措施提供可靠依据。     

北山典型石窟渗水状况及变化趋势：典型窟渗水病害研究之一

为探讨石窟区渗水病害的形成和作用机理，在区域性研究的基础上．选择典型窟进行重点解剖．本文着重论述北山三个典型窟经现场调查测量、五年长期观测获得的渗水分布状况及多年变化趋势，从宏观方面总结了渗水形成分布特征及影响渗水程度的因素．并对近年来采取的一系列治水措施进行评价，提出今后研究方向．     

河北临城崆山白云洞溶洞地貌和沉积特征及其影响因素*

河北崆山白云洞发育在以中寒武统张夏组厚层鲕粒灰岩为主的碳酸盐岩地层中。通过对洞穴结构、形态以及沉积物特征的观测分析,结合区域地质演化、古气候演变研究,认为：（1）白云洞由3层洞穴构成,上层为大型厅堂状,中层和下层为狭窄廊道状。洞穴展布受控于NNW、NE和近EW向断裂。（2）洞穴发育形态、规模不仅与岩性和构造有关,还取决于洞穴形成时期的构造稳定性及与之耦合的气候条件,其成层分布是间歇性构造抬升的结果。（3）溶洞沉积物形态多样,其中毛细水沉积的网状卷曲石、协同沉积的玉簪对净瓶等极为罕见。（4）溶洞发育过程中历经多次坍塌,损毁严重。现今的白云洞岩石破碎,结构稳定性差,易遭破坏。研究白云洞地貌和沉积特征及影响因素,对预测其未来变化、保护洞穴旅游资源有重要意义。     

浙江江山市江郎山岩石岩性特征及其对丹霞地貌形成的影响

岩性特征的量化研究对分析丹霞地貌的成因具重要意义。江郎山岩石岩性标本的X射线荧光光谱分析和偏光显微镜鉴定发现,江郎山方岩组砂岩、砾岩中SiO2含量高达55.5%-75.8%,火山岩碎屑含量高,石英晶屑多已被高温熔蚀,三爿石中多处贯穿有辉绿岩和橄榄玄武岩的岩脉和岩墙,其辉绿-间粒结构和斜长石与暗色矿物的组合,构成了抗风化能力强的岩体,使三爿石得以长期保存。洞穴岩石CaO含量百分比的平均值是崖壁的三倍,且洞穴中岩石的胶结物多为方解石,其含量超过总胶结物的50%以上,使岩石结构的稳定性受到影响,会发生类似石灰岩地区的溶蚀作用,从而导致岩体的破碎和崩塌,有可能形成诸如会仙岩、天宫洞等大型洞穴和凹槽。     

塔河碳酸盐岩洞缝型油藏堵水效果评价方法初探

总结了塔河油田碳酸盐岩洞缝型油藏的堵水工作．对堵水效果及其影响因素进行了探讨．认为堵水井储集体剖面类型、水淹特征及其类型、完井方式、投产方式对堵水效果有不同程度的影响：①大型洞穴型储集体堵水效果较其余储集体类型差．单一储集体剖面类型堵水效果较多重储集体剖面类型差：②底部出水型堵水效果明显好于其它出水类型．全井出水型堵水效果最差：⑨裸眼(直接)投产井堵水效果好于酸压(完井)投产井．最后就塔河油田超深碳酸盐岩洞缝型油藏的特点对行标SY／T5874—93的某些内容在操作上进行了讨论：建议统一机械堵水、化学堵水和复合堵水的有效期级别评价指标．并考虑降水幅度;措施有效率评价时应包含经济效益评价指标．针对油藏特点适当上提降水指标下限值;堵水增油量或有效期的计算应考虑堵前指标的动态变化趋势来综合确定。     

褒禅山华阳洞的形成机理及保护意义

褒禅山华阳洞主体发育于二叠系栖霞组灰岩中,是含山地区重要的地质遗迹之一。笔者从区域地质演化过程入手,针对岩溶洞穴发育的物质基础、局部构造条件、水流的定向溶蚀及新构造运动等方面进行综合研究,简要分析了华阳洞的形成机理,并从地学研究、旅游价值等方面阐述了对其保护的重要意义。     

裂隙动水注浆渗流压力与注浆堵水效果的相关分析

采用裂隙动水注浆设备结合正交试验设计进行了裂隙动水注浆模型试验,获得了渗流压力场与注浆效果和注浆工艺之间的相关关系。结果表明,裂隙动水注浆的渗流压力场包括单峰型、平台型、多峰型、阶梯型4种类型;出现平台型和多峰型渗流压力场时的注浆堵水效果好,而出现阶梯型渗流压力场时的注浆堵水效果差;为了获得好的注浆效果且节约浆液,在渗流压力场为单峰型时应该适量增加注浆量;而在渗流压力场为平台型或多峰型时应该适量减小注浆量;渗流压力场为阶梯型时应该调节浆液配比,缩短凝胶时间。研究结果对应用压力监测及时控制施工质量和调整注浆工艺有指导作用。     

山西宁武冰洞国家地质公园典型地质遗迹资源及科学意义

所谓冰洞是指全年365天都存在冰的洞, 是一种极神秘的洞穴旅游资源。目前国内发现的冰洞只有10多处, 其中山西宁武冰洞冰量最大, 形态最好, 冰花种类最多, 是一处十分珍贵的地质遗迹资源。本文在对宁武冰洞国家地质公园进行总体介绍基础上, 对公园范围内发育的地质遗迹资源进行归纳总结并分类, 然后对宁武冰洞这一典型而独具特色的地质遗迹资源从地质地貌特点、冰洞发育及成因进行归纳探讨, 并对国内外目前所发现的10多个冰洞进行比较, 指出宁武冰洞是现在世界上已知在中纬度中高山地区保存最好, 规模最大, 冰体最多并可直接见到地质时期存有古冰的冰洞, 是一种非常特殊的、罕见的、脆弱的、不可再生的地质遗迹资源。     

石花洞8层溶洞展示北京西山新构造运动的隆升

北京大石河南岸从上游至下游依次分布鸡毛洞、银狐洞、石花洞、清风洞和孔水洞,由一条地下暗河将其连为一体,称为石花洞系。石花洞系为多层溶洞,可分为上下8层,即洞外山顶穿洞（唐县期）和洞穴上下7层。多层溶洞的每一层形成于岩溶水的水平流动带,新近纪以来,随着北京西山间歇性隆升,形成上下不同海拔高度的8层溶洞,可以和北京西山永定河的8级阶地对比,也可以和G．B．Barbour划分的8次华北地文期对比。石花洞的8层溶洞显示北京西山的8次抬升。     

哈密红石岗铜镍矿矿床地质特征及找矿前景

红石岗杂岩体位于黄山-康古尔断裂次级红石岗断裂北侧,地表杂岩体由东岩体、西岩体及中部小岩体3部分组成.为研究地质特征及找矿前景,本次投入地质、物探、化探、钻探、槽探等综合找矿方法.认为深部为1个长大于3 km、宽200～700 m的大岩体,发现了新矿体和矿化体.本杂岩体处于极有利成矿位置,具寻找熔离分异型贯入式、悬浮式铜镍矿及铂钯矿、滑石矿极好前景.     

地矿钻探井漏特点及复合堵漏技术

分析了地质情况所引起的渗透性漏失、中微裂缝性漏失、大裂缝溶洞性漏失和破裂性裂缝漏失的特点,研究了水化膨胀复合材料体系的膨胀性、复合桥接堵漏模拟实验及矿场试验,实验结果表明,堵漏材料PAR具有很强的吸水膨胀性能,可膨胀至原体积的几十倍,且时间快,有利于形成快速的封堵,材料PAR与稻谷和锯木形成的复合堵漏材料在承压堵漏测量...     

缓倾岩层洞穴系统发育模式的模拟试验

为模拟洞穴系统的发生、演化及分布规律。对缓倾岩层(倾角<15°)裂隙疏散或密集及多层或单层含水层结构的模型所做的溶蚀试验表明:均匀介质含水层在平面上洞穴发育呈不均匀状况,剖面上以浅饱水带及承压含水层顶板附近洞穴较发育;在裂隙不发育或不贯通时洞穴发育受层面裂隙控制;在缓倾岩层中,洞穴发育循反倾向的方向逐渐减弱。