敦煌莫高窟砂砾岩风化特征研究

摘要

莫高窟俗称“千佛洞”，是一座规模宏伟、内容丰富的石窟群。莫高窟以其精美的壁画和塑像闻名于世，其保存的洞窟、壁画、彩塑、飞天塑像、莲花柱石和铺地花之多，内容之丰富，使其成为中国也是世界上现存规模最大、保存最为完好的佛教艺术宝库。然而，在漫长的地质历史时期中，由于密集洞群开挖松动及直立崖体长期卸荷回弹，那些裸露岩面及崖顶斜坡部位受温差、日照、风蚀、湿度变化等因素的影响，发生着严重的风化作用。在一些地质构造薄弱的位置，已经出现了严重的风化破坏甚至是坍塌，对洞窟内壁画等文物的保存带来了极大的威胁。如果不及时采取有效的防护措施，这一优秀的世界文化遗产终将消失。　　本文在结合前人研究的基础上，首先对莫高窟进行工程地质调查，收集主要的水文、气象资料；并对研究测试点岩体进行逐层剥离，通过现场描述、声波测试、回弹测试并取样进行颗分试验、X-衍射测试和易溶盐测试，分析岩体的风化特征。同时，通过室内模拟试验（盐风化加速试验及冻融循环试验），分析不同盐分对莫高窟玉门组砂砾岩的影响；讨论了冻融循环作用下，岩体的质量的变化特征。最后结合影响莫高窟砂砾岩风化的主要因素及岩体的风化特征讨论围岩风化的机理。　　通过以上试验得到如下结论：　　1.影响莫高窟围岩风化的主要因素是：风及风沙、温度及温差、水和可溶盐。　　2.酒泉组砂砾岩的风化特征表现为：（1）胶结物以石英、方解石、长石、白云石为主，粘土矿物为绿泥石；石英含量最高，大部分地层中方解石的含量随着深度的增加呈现出上升的趋势。（2）可溶盐以 Na2SO4和 NaCl为主，沿竖直方向上，盐分浓度自上而下呈现出降低的趋势；沿水平方向上，盐分浓度由里向外同样表现出上升的趋势。（3）自岩体表面向里，岩体纵波波速首先随着深度的增加而逐渐增加，然后开始波动，总体呈现上升的趋势；同时，岩体波速与岩体细粒土含量之间表现出较好的正相关特性。　　3.玉门组砂砾岩的风化特征表现为：（1）胶结物以石英、长石、方解石、白云石、石膏为主，方解石含量随着深度的增加而增加。（2）可溶盐主要包括Na2SO4、NaCl、CaSO4等，沿水平方向上，盐分浓度由外向里表现出上升的趋势。（3）现场声波测试和回弹测试结果均随着深度的增加而不断升高。　　4.冻融循环引起玉门组砂砾岩破坏主要表现为：岩石颗粒逐渐脱落，岩石质量随着循环次数的增加而降低。在盐风化过程中，岩石的破坏主要表现为细颗粒物质脱离母体，岩石表面逐渐粉化，岩石质量随着循环次数的增加而降低；高浓度的Na2SO4和NaCl溶液对岩石的破坏作用更加显著，同时，饱和Na2SO4溶液对岩石的破坏作用最为强烈。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和技术路线

第二章 莫高窟赋存环境

2.1 地形地貌

2 .2 气候及水文条件

2.3 莫高窟地层与岩性

第三章 酒泉组、玉门组砂砾岩风化特征

3.1 试验方案

3.2 试验方法

3.3 酒泉组砂砾岩风化特征

3.4 玉门组砂砾岩风化特征

3.5 本章小结

第四章 玉门组砂砾岩室内加速老化试验

4.1 冻融循环试验

4.2 盐风化加速老化试验

4.3 本章小结

第五章 风化机理讨论

5.1 胶结物的溶蚀

5.2 可溶盐的侵蚀

5.3 水的作用

5.4 风的作用

5.5 温差作用

第六章 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢