基于相对法的文物岩石力学性能评价及其劣化机理研究

Grottoes, stone pagoda, stone bridges, stone tablets, stone torii and other Heritage Rock artifacts remain in all parts of the world. Due to the long-term natural and man-made damage, these ancient stone structures deteriorate caused by the deterioration of the rock material performance. Therefore their historical and cultural information will be lost. It will affect the ancient architectural art value, even a potential safety hazard. For the age of the ancient buildings and the service process, it is impossible to obtain some absolute value of the material and structural parameters. In this subject, the absolute value of the structure of the material and structural parameters are obtained by the relative method under certain conditions of its relative value or relatively safe value. It will establish an effective evaluation way of test. The relative method will be used to evaluate the mechanical properties of heritage rock and its degradation mechanism. It will explore the relationship between the degree of deterioration for heritage rocks and the mechanical properties of the surface. The mechanism for the impact of restoration resistance and energy dissipation rate on the rock deterioration o will be clarified. It will explore new ways and new methods for evaluating the mechanical properties of ancient stone buildings. It has important theoretical value and great practical significance for the protection of the ancient architectural heritage.

石窟、石塔、石桥、石碑、石牌坊等岩石文物留存于世界各地。这些古石质构件在长期自然因素和人为因素的破坏作用下，导致石质古建筑构件的岩石材料性能的衰变直至劣化，其所承载的历史文化信息因此丢失，影响到古建筑的艺术价值，甚至是一个潜在的安全隐患。由于古建筑年代久远且在服役过程，所以无法得到一些绝对数值的材料和结构参数。本课题将通过相对法获得古石建筑的岩石材料某一种条件下的相对值或者相对安全的值，建立有效的评价测试手段。用相对法进行古建筑石构件力学性能评价及其劣化机理研究，探索文物岩石的劣化程度和表面力学性能之间的关系问题，对阐明恢复阻力和能量耗散率对文物岩石劣化的影响机制，探索出评价古建筑石构件的力学性能的新途径和新方法，对古建筑遗产保护有重要的理论研究价值和重大的现实意义。

文物岩石留存于世界各地，这些古石质构件在长期自然因素和人为因素的破坏作用下，导致石质古建筑构件的岩石材料性能的衰变直至劣化，甚至是一个潜在的安全隐患。本课题通过相对法获得古石建筑的岩石材料某一种条件下的相对值或者相对安全的值，建立有效的评价测试手段，探索出评价古建筑石构件的力学性能的新途径和新方法。本课题以砂岩、灰岩、大理岩、板岩、花岗岩的为岩石试验样品的关键研究结果有：1）一种用于测试文物岩石表面损伤的系统的研发，提供一种用于测试文物岩石表面损伤的系统，该系统包括：测试系统用于测量待测文物岩石的回弹值并基于回弹值计算风化程度，本发明已经申报国家知识产权的发明专利，实施例具有更加快捷准确的特点，使文物损伤检测的时间大大缩小，且检测精度大幅提高；2）数字图像技术在文物岩石裂缝检测中的应用，本课题中讨论如何实现数字图像技术在文物岩石裂缝检测的功能。主要目标是使用数字图像处理技术提取文物岩石数字图像中的岩石裂缝信息。本发明已经申报国家知识产权的发明专利；3）相对法的技术与方法研究，本课题首先结合位移敏感压痕技术介绍相对法评价岩石表面硬度、弹性模量、能量耗散能力、残余应力以及局部强度均匀性等力学性能的基本原理，并验证相对法的可行性和实用性。建立测试岩石以及其风化层材料的性能评价和计算模型；4）探索能量耗散与风化的关系，对不同种类岩石进行莫氏硬度、维氏硬度、牛顿笔、回弹仪的测试，以Oliver-Pharr模型为基础位移敏感压痕技术能测得材料的弹性模量。从加载卸载曲线不仅可以得到弹性模量，还可以获得能量耗散力，来评估能量耗散与风化的关系；5）岩石表面压痕实验研究，本研究通过比较不同构件在损伤前后，以及对称结构的不同构件的受到不同损伤后在相同试验条件下的不同力学行为的响应获得了构件在不同状态下的多种力学性能，预测文物岩石的残余寿命。这些结果对古建筑遗产保护有重要的理论研究价值和重大的现实意义。