石窟寺作为我国古代建造技艺传承的重要载体，记录着中华民族不同时期的历史文化特点，是不可再生的珍贵文物资源。受长期自然作用以及人类活动的影响，石窟寺的损伤劣化及失稳风险不容忽视，文化遗产的传承与延续正面临着严峻的威胁。本书以典型砂岩石窟为对象，系统分析了石窟岩体的赋存环境、多尺度结构、损伤时效规律与失稳机理，取得了以下四个方面的重要成果：①编制了中国石窟寺工程地质环境系列图件，提出了石窟寺赋存环境的“四大区、九小区”分类方案；②研发了石窟病害智能探测机器人，厘清了多尺度结构的空间异质分布规律；③明晰了多环境因子对石窟寺岩体劣化的阶段性控制作用，构建了基于能量耗散原理的时效劣化模型；④阐明了石窟寺岩体的破坏模式和控制要素，揭示了岩体累积性与瞬时性失稳的耦合机制。
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目录
前言
第1章 绪论 1
11 石窟岩体劣化与稳定性 1
12 石窟岩体劣化失稳机理研究挑战 2
13 本书的学术思路、研究内容与成果进展 3
131 关键科学与技术问题3
132 主要研究内容 4
133 本书主要成果介绍 4
134 社会效益 5
第2章 石窟寺工程地质环境特征 7
21 我国石窟寺岩性特征与空间分布 7
211 我国石窟寺岩石类型划分 7
212 我国石窟寺空间分布特征 8
22 石窟寺赋存的工程地质环境 9
221 区域气候环境 9
222 区域地貌环境 15
223 大地构造 18
224 地震与活动构造 20
225 水文地质环境 24
23 石窟寺赋存的区域工程地质环境分区 26
231 我国石窟寺赋存工程地质环境分区原则 26
232 我国石窟寺赋存区域工程地质环境分区 27
24 工程地质环境对石窟岩体稳定的影响 28
241 石窟寺病害主要控制因素 28
242 工程地质环境要素之间相互作用及耦合关系 29
25 小结 30
第3章 石窟岩体结构调查与探测 31
31 岩体结构分类与统计理论 31
311 地质成因分类 31
312 尺度分类 34
313 岩体结构统计理论 34
32 岩体结构调查与探测原则 36
321 探测对象的特殊性 36
322 探测原则与内容 37
33 常规地质调查 38
331 现场调查 38
332 室内探测 38
34 无损探测技术 42
341 探地雷达 42
342 三维激光扫描 46
343 红外无损探测技术 48
344 摄影测量技术 51
35 小结 54
第4章 石窟病害的自主检测与智能识别技术 56
41 洞窟病害自主探测机器人开发 56
42 洞窟三维数字化模型构建 59
421 稠密建图算法简介 59
422 稠密建图算法架构 60
423 三维数字化模型构建 61
43 多重洞窟病害智能识别方法开发 66
431 深度筛选机制 66
432 病害探测算法 67
44 洞窟病害的空间定位与量化表征 71
441 病害空间定位 71
442 病害数据量化 71
45 石窟寺洞窟自主探测与智能识别技术应用实例 73
46 小结 75
第5章 石窟寺多尺度岩体结构特征 77
51 岩体结构的统计分布特征 77
511 结构面产状统计分布特征 78
512 结构面迹长统计分布特征 79
513 结构面间距统计分布特征 80
514 结构面深度统计分布特征 81
52 石窟岩体结构空间分布的异质性 81
521 不同类型结构面的空间分布 81
522 不同尺度结构面的空间分布 85
53 岩体结构组合作用 88
531 局部块体失稳 88
532 危岩体病害 92
533 水分渗流通道 94
54 岩体结构三维重构 94
541 三维仿真实景模型构建 95
542 多尺度岩体结构信息融合 98
55 小结 102
第6章 石窟岩体渗透特性 103
61 岩体裂隙渗流特性 104
611 岩石结构面形貌特征 104
612 渗流基本理论 105
613 渗流模型制作及试验方案 106
614 试验结果及分析 107
615 渗流模型及参数确定 111
62 岩体裂隙网络渗流特性 115
621 裂隙网络渗流基本理论 115
622 格子玻尔兹曼方法介绍 116
623 网络模型构建及渗流特性分析 118
624 裂隙网络和格子玻尔兹曼方法流固耦合计算 122
63 孔隙介质渗流特性研究 123
631 岩石渗流基本理论 123
632 基于格子玻尔兹曼方法的孔隙介质渗流特性研究 124
633 结果分析和渗透系数模型建立 131
64 小结 135
第7章 水？岩作用下石窟砂岩损伤劣化特征与机制 136
71 水-岩作用下石窟砂岩物理力学性质劣化规律 136
711 石窟砂岩物理性质劣化规律 137
712 石窟砂岩力学性质劣化规律 139
713 石窟砂岩强度指标劣化 144
714 石窟砂岩破坏模式演化 146
72 水-岩作用下石窟砂岩劣化微观特征分析 148
721 石窟砂岩的孔隙特征变化 149
722 石窟砂岩的微观形貌变化 152
723 石窟砂岩的矿物含量变化 152
73 水-岩作用下石窟砂岩损伤劣化的阶段性控制机制 154
731 劣化阶段一：孔隙扩展控制 155
732 劣化阶段二：微观结构控制 155
733 劣化阶段三：穿晶破裂控制 156
734 石窟砂岩损伤劣化阶段演化模型 157
74 小结 157
第8章 酸蚀作用下石窟砂岩损伤劣化特征与机制 159
81 石窟区酸雨条件及病害现象 159
82 酸蚀作用下石窟砂岩劣化损伤特征与规律 162
821 石窟砂岩酸蚀劣化试验 162
822 石窟砂岩质量损失规律 163
823 石窟砂岩单轴压缩强度劣化规律 164
83 酸蚀作用下石窟砂岩损伤劣化微观机制 166
831 孔隙特征劣化损伤机制 167
832 矿物成分劣化损伤机制 168
84 酸蚀作用下石窟寺砂岩时效损伤模型 171
841 基于能量耗散原理的石窟砂岩时效损伤模型 171
842 酸蚀作用下石窟寺砂岩时效损伤模型现场应用 175
85 小结 177
第9章 盐析作用下石窟砂岩损伤劣化特征与机制 179
91 石窟砂岩裂隙水含盐量与成分鉴定 179
92 盐析作用下石窟砂岩物理力学性质响应规律 181
921 石窟砂岩表面形貌变化特征 181
922 石窟砂岩物理性质变化特征 185
923 石窟砂岩力学性质变化特征 186
93 盐析作用下石窟砂岩损伤劣化微观机理 188
94 小结 190
第10章 温度循环下石窟砂岩损伤劣化特征与机制 192
101 石窟砂岩温度劣化原位监测及热诱导损伤分析 192
1011 温度监测布置及监测结果 193
1012 热诱导裂纹定量评价 195
1013 砂岩热诱导裂纹损伤分析 198
102 石窟砂岩热诱导形变的原位监测与反演验证 200
1021 地基SAR 监测布置及监测结果 200
1022 地基SAR 监测对高热诱导裂纹扩展区的反演验证 201
103 石窟砂岩冻融条件下损伤劣化特征与机制 202
1031 石窟砂岩冻融循环试验 202
1032 石窟砂岩物理性质损伤劣化特征 202
1033 石窟砂岩力学性质损伤劣化特征 206
1034 石窟砂岩冻融破坏机理分析 207
104 小结 210
第11章 石窟砂岩典型破坏模式与分类体系 211
111 石窟砂岩破坏模式及分类体系 211
112 地质环境控灾型 214
1121 成岩环境控制型 214
1122 微环境控制型 215
113 地质结构致灾型 218
1131 岩体层理控制型 218
1132 岩体节理控制型 219
114 地质力学诱灾型 221
1141 构造活动控制型 221
1142 卸荷松弛控制型 222
1143 人工扰动控制型 223
115 石窟砂岩破坏类型差异分析 224
116 小结 225
第12章 石窟岩体失稳破坏机理及防护对策 226
121 石窟岩体渐进性失稳破坏机制 227
1211 渐进性失稳破坏模式 227
1212 渐进性失稳破坏机理及原因分析 229
122 石窟岩体瞬时性失稳破坏机制 230
1221 瞬时性失稳破坏模式 230
1222 瞬时性失稳破坏机理及原因分析 233
123 石窟寺顶板失稳过程分析 234
1231 石窟寺顶板失稳影响因素 234
1232 石窟顶板失稳过程数值模拟分析 235
124 石窟稳定性评价与应用 236
1241 石窟稳定性评价指标 236
1242 石窟稳定性评价方法 238
1243 案例分析 241
125 石窟岩体失稳破坏的防治对策 243
1251 石窟寺常见病害 243
1252 石窟寺保护现状 244
1253 常用加固处置措施 245
1254 石窟寺加固发展趋势 246
126 小结 246
第13章 展望 248
131 我国石窟寺岩体赋存区域环境差异性研究 248
132 水害治理面临的水文循环、水-岩作用复杂性研究 249
133 石窟寺保护的特殊空间尺度和时效性研究 249
134 环境要素变化速率和变化强度不确定性对石窟寺保护影响研究 249
135 极端环境事件对石窟寺保护的不确定性研究 250
参考文献 251
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