石窟文物抗震防護研究

內容簡介

　　《石窟文物抗震防護研究》以石窟文物保護為出發點，針對國內外地震工程研究領域的一些熱點問題，緊緊圍繞目前國內城市和重大工程地震安全性研究的一些新動態和發展趨勢，在研究目標和內容設定上力求對石窟文物抗震防護中的一些關鍵問題進行較為深入的分析研究，研究內容較為系統，在一定程度上彌補了石窟文物抗震研究方面的一些不足，使石窟文物的抗震防護對策的選取建立在較為堅實的理論基礎之上，具有較重要的社會效益和經濟效益。

　　《石窟文物抗震防護研究》的主要晚譽重研究內容和取得的進展如下：

　　（1）闡述了石窟的分類及其工程地質和動力學特徵，揭示了石窟文物主要病害及成因機制，強調了環境保護對石窟圍岩穩定的影響；分析了甘肅石窟文物的地震構造環境及地質災害特徵籃墊多以及歷史地震對石窟文物的影響；揭示了強震區岩體地震動力破壞特徵；以甘肅主要石窟文物為例，提出了石窟地震環境評價和未來地震危害性估計方法；針對石窟文物的特殊性，提出了不同等級文物的抗震設防目標和地震荷載的確定方法。

　　(2）從石窟所在場地的地震安全性評價、石窟地震穩定性分析、工程防護措施等方面人手，建立起一套合理的紙欠漿道、較為完整的石窟抗震安全評估理論體系。以Boore等提出並改進的點源模型為基礎，以敦煌莫高窟為例，運用隨機有限斷層地震動疊加合成方法，模擬了缺乏強震記錄地區石窟的近場地震動特徵；揭示了石窟所在朵獄您牛高陡岩石邊坡在水平動荷載下動力回響的加速度、速度、位移三量放大係數等值線在邊坡剖面上分布的規律性特點。

　　(3）歸納總結了目前關於餘震的相關研究成果，給出了中國西部以大量樣本量為基礎的具有統計意義的主震震級與餘震震級之間的經驗公式，揭示了強餘震的空間分布和時間分布特點，為重大岩土文物在主餘震作用下的反應特性和累積損傷效應提供了依據。

　　(4）基於地震的斷層彈性位錯理論，採用地震位移水平分布的拋物線模型，研究了三維有限元方法在地震變形計算中的套用，分析計算了敦煌莫高窟的潛在地震變形，揭示了斷層活動方式對地震地表變形分布特徵的影響，探討了石窟文物活動斷裂安全距離問題。

　　(5）提出了考慮岩體在節理裂縫處以及石窟和附屬結構之間的動接觸問題的動力有限元分析方法，建立了錨桿、錨索技術(無預應力、有預應力）加固石窟岩體的理論分析方法和數值模擬技術；採用二維、三維分析方法通過對無裂隙無錨桿、有裂隙無錨桿、有裂隙有錨桿和有裂隙有預應力錨桿4種模型的分析，定量分析了不同類型石窟在不同地震荷載作用下的動力回響和震害機制。

　　(6）以敦煌莫高窟為例，通過對不同峰值加速度、頻譜、持續時間的動荷載作用下石窟圍岩位移場、應力場分布特徵的數值模擬計算，揭示了擋牆加固型石窟及其附屬構築物在地震作用下的動態回響和變化規律，歸納總結了洞室圍岩的動態損傷特性；以莫高窟人字批頂結構的254號石窟為例，採用三維有限元分析方法，計算分析了豎向地震荷載作用下不同模型(按雙層洞窟和中心柱的不同組合方式考慮）的拉應力分布規律炒蜜嫌，揭示了石窟中心塔柱對石窟岩體抗震能力的影響，指出了窟體防護加固的重點部位。

　　(7）在歸納總結國內外錨固理論與技術發展現狀的基礎上，針對預應力錨索加固石窟文物的特點，以榆林窟為例，通過對不同地震荷載作用下預應力錨索加固的石窟圍岩位移場、應力場分布特徵的數值模擬廈旋墊計算，揭示了預應力錨索加固石窟岩體在地震作用下的動態回響和變化規律，論證了錨桿(錨索）在石窟岩體加固中的作用。

　　(8）以洛陽龍門石窟有代表性的洞窟和大同雲岡石窟的大型洞窟為研究對象，闡述了地震荷載下洞窟圍岩損傷的影響因素，從地震動的不同工程特性、不同輸入方向等方面人手，分析研究了不同地震作用下洞窟圍岩的位移、速度和應力動態變化特徵，揭示了圍岩在不同地震作用下可能出現的拉性、壓性以及剪性破壞，為石窟文物地震安全評估及防災對策研究提供了依據。同時，運用Newmark隱式時間積分有限元法並採用黏一彈性人工邊界，計算了不同地震動作用下不同的圍岩材料對洞室地震反應的影響，分析了注漿加固圍岩的減震效果、適用條件埋府及其減震機理。

　　(9）揭示了石窟岩體危石(滾石）災害及其基本特徵，地震誘發滾石災害及其基本特徵，以某危岩體加固工程的3個典型工程剖面為實例，通過數值模擬分析，揭示了預應力錨索加固危岩體在地震作用下的動態回響和變化規律，論證了預應力錨索加固危岩體的可行性，分析了地震誘發滾石的運動軌跡，提出了危石(滾石）災害的防治措施。

　　(10）針對洞窟上覆岩體裂隙性狀，提出了利用反分析法來確定岩體裂隙的抗剪強度(C，φ）值來進行石窟邊坡的錨桿加固設計方法。該方法對於在無法進行試驗確定岩體抗剪強度(C，φ）值的石窟尤為適用。

　　(11）提出了不同類型石窟振動安全度安全閾值(環境振動、爆破振動）；對擬採用的錨索加固技術所產生的振動情況進行了分析測試，較好地反映了該施工工藝引起的振動效應的實際情況，並對其安全性進行了評估，為莫高窟崖體的加固施工提供了重要依據。

　　(12）設計了國內專門針對重大文化遺產的地震監測系統建設方案，完成了由9個數字測震台站組成的小孔徑同心圓台陣，8個不同高度、不同位置的強震動台站組成的強震動立體觀測台陣，建設了莫高窟地震監測台網中心。對於提高對莫高窟及鄰近地區的地震活動監測能力和地震危險性研究，全天候對洞窟岩體和窟內文物的振動防護監測，以及開展石窟動力回響分析和抗震加固研究，具有十分重要的意義，同時對國內外重大文物地震安全保障工作具有典型的示範作用。

　　(13）提出了石窟文物災害防治的基本原則，結合工程實踐，提出了不同類型石窟文物抗震防護技術對策，較好地促進了石窟防護技術與文物保護的有機結合。

圖書目錄

第一章緒論

1．1 石窟文物概述

1．2 石窟抗震防護研究的必要性

1．3 研究目標和技術思路

1．4 研究內容和特色

第二章石窟圍岩的工程特性及主要病害

2．1 石窟分布及保護狀況

2．2 石窟分類及岩性特徵

2．3 石窟寺的建築形制特點

2．4 石窟岩體的物理力學性質及動力學特徵

2．5 石窟主要病害、成因機制和背景分析

2．6 石窟圍岩穩定與環境保護

參考文獻

第三章石窟地震環境評價和未來地震危害性估計

3．1 石窟文物的地震構造環境及地質災害特徵

3．2 強震區岩體地震動力破壞特徵

3．3 汶川地震中石窟文物震害分析

3．4 石窟文物保護中的地震危害性估計

3．5 石窟文物抗震設防等級的機率預測

3．6 隨機有限斷層法模擬窟區近場地震動

3．7 高陡岩石邊坡在動荷載作用下的動力回響規律

3．8 主餘震作用下石窟抗震防護問題

參考文獻

第四章石窟潛在地震變形及其與活動斷裂的安全距離研究

4．1 地震變形計算方法研究進展

4．2 地震變形三維數值模擬計算分析

4．3 斷裂活動方式與地震地表變形分布特徵研究

4．4 石窟文物活動斷裂安全距離研究

參考文獻

第五章基於動接觸的石窟圍岩及其附屬建築物地震穩定性分析

5．1 地震穩定性評價中需考慮的若干重要因素

5．2 動力有限元法

5．3 動接觸問題的有限元解法

5．4 錨桿單元理論及計算模型

5．5 結構體系抗震安全性評價指標

5．6 二維洞窟地震反應分析

5．7 三維洞窟地震反應分析

參考文獻

第六章擋牆加固型石窟動態損傷特性研究——以莫高窟為例

6．1 莫高窟洞窟圍岩的環境工程地質條件

6．2 莫高窟洞窟結構及加固工程特點

6．3 輸入地震波的選取與計算模型的建立

6．4 莫高窟地震破壞危險性分區

6．5 不同地震荷載作用下石窟圍岩動態損傷分析

6．6 中心柱式洞窟在豎向荷載作用下的三維地震穩定性分析

參考文獻

第七章預應力錨桿（索）加固石窟圍岩的動態損傷特性與分析

7．1 岩土錨固技術的發展和套用概況

7．2 榆林窟環境工程地質條件

7．3 預應力錨桿(索）加固石窟岩體的動態數值模擬分析

7．4 洞室圍岩參數變化對洞地震反應的影響

7．5 雲岡石窟的穩定性計算

7．6 地震荷載下龍門石窟圍岩變形破壞機制的數值模擬

參考文獻

第八章石窟岩體危石(滾石）災害的動力機理及防護對策

8．1 地震引發危石(滾石）災害及其基本特徵研究

8．2 預應力錨索加固危岩體的動力回響分析

8．3 地震誘發滾石的運動軌跡分析

8．4 危石(滾石）災害的防治措施

參考文獻

第九章錨索加固石窟邊坡的一種設計方法的探討

9．1 引言

9．2 一種錨索設計方法的探討

參考文獻

第十章石窟振動安全度安全閾值研究

10．1 敦煌莫高窟環境振動觀測分析

10．2 石窟文物振動防護閾值分析

10．3 莫高窟崖體錨索加固技術鑽孔振動效應測試分析

參考文獻

第十一章莫高窟地震監測系統建設

11．1 設計目標與建設內容

11．2 技術系統構成

11．3 土建工程

11．4 軟體系統

第十二章石窟文物震害防禦對策

12．1 災前防禦對策

12．2 震時應急對策

12．3 災後恢復對策

12．4 工程技術措施

參考文獻

第十三章結論

13．1 主要成果與結論

13．2 存在的問題和建議

致謝

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基本介紹

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