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第２９卷第１１期２ ０ １ １年１ １月水 电 能 源 科 学Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ＰｏｗｅｒＶｏｌ．２９Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２ ０ １ １文章编号：１０００－７７０９（２０１１）１１－０１０７－０４干湿循环条件下两种砂岩强度及破坏特征比较试验研究薛晶晶１，张振华１，姚华彦２（１．三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌４４３００２；２．合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽合肥２３０００９）摘要：以侏罗系地层中的长英质细砂岩和弱蚀变泥质砂岩为例，分析了两种砂岩的不同矿物成分和细观结构特征，探讨了干湿循环作用下两种砂岩强度及破坏形式变化情况。
试验结果表明，由于两种砂岩矿物成分的不同，长英质细砂岩遇水后，强度发生大幅度劣化，在之后的干湿循环过程中劣化趋于平稳，破坏形式几乎由单一断面剪切滑移而破坏，多次干湿循环后，岩样的破坏形式无显著变化，但在断口处出现粉化现象；弱蚀变泥质砂岩经多次干湿循环后，强度并未发生显著劣化，由于岩样的脆性较强，破坏形式大多沿轴向存在相当多的劈裂面，但有一个贯穿整个岩样的剪切破坏面，断口处未出现粉化现象。
关键词：干湿循环；不同矿物；砂岩；强度；破坏形式中图分类号：ＴＵ４５８文献标志码：Ａ收稿日期：２０１１－０６－２７，修回日期：２０１１－０８－０２基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０９０５３）作者简介：薛晶晶（１９８３－），男，硕士研究生，研究方向为软岩物理力学特性试验测试，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｚ８３１０１７ｊｊ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：张振华（１９７７－），男，副教授，研究方向为边坡稳定性分析及水库滑坡形成机理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｅｎｉｔｈｚｈａｎｇ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ 大量的水—岩相互作用引起滑坡的事实表明［１，２］，干湿循环作用下岸坡的稳定性主要受控于边坡岩土体强度对水的敏感程度，岸坡不同类型的岩土体遇水后，其强度弱化程度因岩土体自身的岩性不同而不同。
中华民族五千年灿烂的文明，给我们留下了非常丰富的文化遗产，其中石质文物占有很大的比例，如石窟、石刻、石碑、石雕等。
这些石质文物往往体积大，难以移动，长期暴露在户外空间，由于生态环境的影响和人们的恶意破坏，大量石质文物受到不同程度的风化、腐蚀、断裂、脱落、污染物附着等威胁。
除人类的主观破坏以外，自然因素对文物的破坏更为严重，对石质文物保护技术和材料的研发已成为文物保护的迫切需要。
本文拟对石质文物的病害因素，常见的石质文物保护材料的种类、保护原理、性能、特征以及应用情况等进行梳理总结，以期对石质文物封护材料有更深的认识。
一、石质文物的病害因素石质文物病害，又称为风化、劣化，是指石质文物由于物理状态和化学组分改变而导致价值缺失或功能损伤。
病害这个概念包含了自然老化过程，该过程可分内部因素和外部因素，其中外部因素包括物理、化学、生物和人为等因素[1]。
石质文物的风化是一个渐进的过程，我们一般将病害原因分为物理、化学风化和生物风化以及人为破坏，但这些因素并非孤立地造成岩石的风化、破裂，甚至酥解。
生物风化又可以理解为生物作用带来的物理及化学风化。
人为破坏，如涂鸦刻画、带入外部颗粒、释放热量和二氧化碳等，同样会给石质文物带来巨大伤害。
可见，大多数的病害是多种因素共同作用的结果，很难简单地将其划分为物理、化学、生物原因。
石质文物所表现的病害：表面风化，表面污垢，酸雨侵蚀，环境污染，生物霉变，岩石裂缝，空鼓脱落，渗漏溶蚀，环境水侵蚀，冻融破坏，崖体崩塌，盐害，人为刻画，金箔脱落，烟熏，植被破坏，表面酥碱，颜料层粉化，彩绘层脱落、起泡、开裂，石质文物表面碎裂或片状龟裂、剥落、锈黄斑、色斑、水斑、水迹和颜色变化等[2]。
二、石质文物封护材料的分类目前石质文物的主要保护措施有表面清洗、封护、灌浆、加固、粘接、渗水治理及日常保养维护等。
封护是以特定的保护材料对石质文物表面进行喷涂或涂刷，使其附着于石质文物表面以隔绝大气污染物和水等外界有害因素，避免它们对石质文物的风化、侵蚀。
附件1：“石质文物保护关键技术研究”项目及课题简介一、项目简介“石质文物保护关键技术研究”项目的提出，是为解决室外砂岩类石质文物保护中面临的难点和瓶颈问题，以及抢救性保护南京报恩寺遗址及相关出土文物的一项重要举措。
项目结合岩土力学、水文地质、工程地质、材料科学、物理、化学、文物保护等相关技术领域的国内外最新研究成果，选择云冈石窟、南京报恩寺遗址及相关出土文物作为主要研究对象，开展无损或微损检测技术在石窟保护中的应用、石窟水分来源综合探查技术、石窟岩体稳定性分析、石窟危岩体治理关键技术、石窟文物表面有害物清洗技术、石质文物防风化保护和施工工艺研究，以及南京报恩寺遗址和相关出土文物保护关键技术等方面的技术攻关。
在开展项目研究的同时，力争培养一批专门从事文物保护研究的高层次人才；建立起一支结构合理、素质优良能够适应我国文物保护研究需求的科技队伍；促进我国石质文物保护科研基地建设。
本项目设置7个课题方向，分别是：课题1：无损或微损检测技术在石窟保护中的应用研究课题2：石窟水分来源综合探查技术研究课题3：石窟岩体结构稳定性分析评价系统的研究课题4：石窟危岩体治理关键技术研究课题5：石窟文物表面有害污物清除技术研究课题6：石质文物防风化保护和施工工艺研究课题7：南京报恩寺地宫及出土文物保护关键技术研究项目实施年限：2009年7月～2011年12月。
二、课题主要研究内容及承担单位课题1：无损或微损检测技术在石窟保护中的应用研究以云冈石窟为主要研究对象，采用超声CT技术、探针、高密度电阻率成像和电阻率微测深技术等多项技术手段，开展石质文物表层风化状况研究，建立起石质文物现场表层风化无损或微损检测方法。
针对石质文物的表面污染（生物污染物、烟尘、硬垢、黑垢等）、裂隙等主要病害及岩体表面含水量分布状况，开展相关研究，建立石窟现场表面污染物、裂隙、石窟表面含水量分布状况等无损、微损检测应用方法。
开展石质文物保护修复（灌浆、加固、清洗）效果无损或微损检测方法研究，建立石窟现场灌浆、加固、清洗保护修复效果无损或微损检测方法。
A
先锋人物
《石质岩石材料劣化特征及评价方法》是由文物出版社出版的2014年中国文化遗产院文物保护科技系列研究论著。
本书首先对我国石质岩石材料的主要类型、特征和空间分布情况进行了概述。
在此基础上，从岩石材料劣化类型分类与分级、岩石材料劣化勘察技术体系、典型劣化类型劣化特征和形成机理、环境因素对岩石材料劣化的影响机理、岩石材料劣化评价指数与评价系统和石质文物岩体表层劣化特征、过程与相关评价方法六个部分进行了系统论述。
通过对我国二十余处石质文物点的实践和研究，本书提出了一个既与国际研究成果接轨，又与中。
文物岩石材料劣化特征及评价方法文物岩石材料作为人类历史和文化的载体，具有极高的艺术、历史和科学价值。
然而，由于自然环境和人为因素的影响，这些宝贵的文化遗产常常面临严重的劣化威胁。
因此，本文旨在探讨文物岩石材料的劣化特征及评价方法，以期为文保工作者提供有力支持。
文物岩石材料主要包括岩石、陶瓷、玻璃等，其劣化一般表现为风化、侵蚀、裂纹、破碎等现象。
这些劣化现象主要由自然环境中的物理、化学和生物因素以及人为因素引起。
实验室评价方法，如化学分析、显微组织观察、电子探针等，在判断岩石材料的劣化程度和原因方面具有重要作用，但同时也存在一定局限性。
化学分析：通过采集岩石材料表面的风化层，利用化学试剂进行溶解和分析，以测定风化产物的化学组成。
该方法可确定风化产物的性质，为判断岩石材料的劣化程度提供依据。
但化学分析方法操作繁琐，对样品损害较大，且无法反映岩石材料的内部劣化情况。
显微组织观察：利用金相显微镜观察岩石材料的微观组织结构，以评估其劣化程度。
该方法可直观地观察到岩石材料的内部损伤和微裂纹，但其对操作者的经验和技能要求较高。
电子探针：通过电子探针显微镜对岩石材料表面进行高倍率观察，可精确测定风化产物的化学成分和分布情况。
该方法具有高分辨率和无损性优点，但设备成本较高，对操作人员的技术要求严格。
以某古代石窟中的石质文物为例，通过对比分析不同评价方法在劣化特征检测中的应用，探讨合适的评价方法。
化学分析：通过对石窟中不同位置的岩石材料进行化学分析，发现迎风面和背风面的石质文物风化产物中的某些化学元素含量存在显著差异。
这表明化学分析方法可以有效揭示岩石材料的劣化特征和程度。
显微组织观察：通过金相显微镜观察石质文物的显微组织结构，发现石材中存在微裂纹和损伤。
观察到的这些劣化特征与长期受到物理、化学和生物因素作用有关，进一步证实了显微组织观察在评估岩石材料劣化程度方面的有效性。
电子探针：利用电子探针显微镜对石质文物表面进行观察，发现风化产物的化学成分和分布情况存在一定的差异。
石质文物的分类石质文物是指以石材作为材料制作的文物，是人类历史文化的重要遗存。
石材作为一种持久耐用的材料，被广泛应用于建筑、雕刻、工艺品等领域。
石质文物的分类可以根据不同的特征和用途进行划分，下面将从不同的角度对石质文物进行分类。
一、按照用途分类1.建筑类文物：石质建筑是世界各地古代文明的杰作，它们代表了人类智慧和技术的结晶。
例如，古埃及的金字塔、古希腊的巴特农神庙、中国的长城等都是石质建筑的典范。
2.雕刻类文物：石雕是一种重要的艺术形式，用于雕刻人物、动物、花卉等形象，展示了古代文明的审美观念和艺术风格。
例如，中国的石窟艺术、印度的艾洛拉石窟、希腊的雕刻作品等都是石质雕刻的经典之作。
3.工艺品类文物：石材在工艺品制作中也有广泛应用，例如玉器、石器等。
这些工艺品不仅具有实用价值，还具有装饰和艺术价值。
例如，中国的玉璧、埃及的石质印章、墨西哥的玛雅玉器等都是石质工艺品的代表。
二、按照材质分类1.大理石文物：大理石是一种常见的石质材料，它具有质地坚硬、色彩丰富、纹理美观等特点，广泛用于建筑和雕刻领域。
例如，希腊的帕特农神庙就是用大理石建造的。
2.砂岩文物：砂岩是一种相对柔软的石质材料，容易雕刻和加工，被广泛用于建筑和雕刻。
例如，印度的泰姬陵就是用红砂岩建造的。
3.花岗岩文物：花岗岩是一种坚硬的石质材料，具有耐候性和耐腐蚀性，被广泛用于建筑领域。
例如，中国的长城大部分都是用花岗岩建造的。
三、按照年代分类1.古代石质文物：古代的石质文物是人类历史文化的珍贵遗产，代表了古代文明的辉煌成就。
例如，古埃及的金字塔、中国的秦始皇兵马俑等都属于古代石质文物。
2.中世纪石质文物：中世纪是欧洲历史上一个重要的时期，石质文物在这个时期得到了广泛应用。
例如，法国的巴黎圣母院、英国的温莎城堡等都属于中世纪石质文物。
3.现代石质文物：随着科技的发展和现代建筑技术的进步，现代石质文物也逐渐出现。
例如，美国的自由女神像、中国的北京大学图书馆等都属于现代石质文物。
