丝绸之路土遗址文物地震破坏机理与灾变控制方法研究

Earthen sites construction is a significant branch in the field of cultural relics. Earthen sites relics along the Silk Road is world cultural heritage, 85% of which distribute in high seismic intensity area and earthquake-prone area.Because of the long-term natural environment affections and human activities, a variety of earthen sites deteriorations were incurred and the seismic stability of the earthen sites was seriously influenced. Therefore the research in seismic failure mechanism and catastrophe controlling method of earthen sites become the hot issues in the field of international relics protection and geotechnical engineering. In this project, the typical earthen sites constructions along the Silk Road will be selected as the research object, on the basic of deterioration behavior, material mechanics parameters, structural dynamic characteristics and seismic hazard, with combination of shaking table model test and injury dynamic numerical method, the dynamic response and deformation model of earthen sites under earthquake action will be analyzed and seismic failure mechanism will be expounded. Thereby the seismic stability evaluation index and evaluation method of earthen sites based on deterioration behavior could be established, and the potential seismic damage of earthen sites along the Silk Road could be comprehensive evaluated and predicted. The influence of current strengthen system on its seismic behavior will be assessed. Combining with historical earthquake data and seismic failure mechanism, the catastrophe controlling method based on seismic stability will be presented. Project research results can provide scientific basis for the earthquake preparedness and disaster reduction work of earthen sites relics and relics protection.This research is of great social, scientific and economic value.

土遗址建筑是文物领域的重要分支，丝绸之路沿线土遗址文物已申请成为世界文化遗产，而其中85%的土遗址分布于地震高烈度区和多发区。长期自然环境作用和人类活动引发土遗址多种病害，严重影响其抗震稳定性。土遗址文物地震破坏机理与灾变控制方法研究已成为当前国际岩土工程和文物保护领域的热点问题。本课题选择丝绸之路典型土遗址建筑，基于其病害性态、材料力学参数、结构动力特性和地震危险性，采用振动台模型试验和损伤动力数值方法，分析其在地震作用下的动力响应和变形模式，揭示土遗址建筑地震破坏机理，进而建立基于病害性态的土遗址抗震稳定性评价指标和方法，对丝绸之路土遗址文物潜在震害进行综合评价和预测；同时评估现有加固技术对土遗址抗震稳定性的影响和效能，结合历史震害资料和地震破坏机理，给出基于抗震安全的灾变控制方法。项目研究成果可为土遗址的防震减灾和文物保护提供科学依据，具有重要的社会价值和经济价值。

在土遗址文物保护工作中，如何科学合理地考虑未来地震灾害的影响极为重要。长期自然环境作用和人类活动引发土遗址多种病害，严重影响土遗址抗震稳定性。基于此，本项课题针对土遗址文物自身的特殊性，将岩土工程理论、地震工程学和数学力学分析方法相融合，注重理论与工程实践、综合减灾相结合，从多方面分析研究土遗址文物的震害机制、成灾规律和抗震安全性，完成了土遗址文物地震破坏机理与灾变控制方法研究工作。通过土遗址现场病害调查、地震危险性评价材料力学参数测试、原位结构无损测试试验、振动响应试验和，病害损伤体数值计算方法，得到地震作用下典型土遗址结构动力响应过程、倒塌模式及其与病害的相互作用机制。通过构建土遗址病害性态指标评价体系，采用可靠度理论和模糊理论分析方法，提出基于病害演化和地震动场地效应的典型土遗址概率性抗震稳定性评价指标体系及其阈值确定方法。结合土遗址加固技术调查及动力稳定性评价方法，给出土遗址本体、载体及其加固体系动力相互作用机理并建立考虑抗震性能和病害性态的土遗址加固改进措施及其技术指标体系。在抗震性能评价的基础上，考虑场地地震动放大效应导致的局部地震烈度异常，建立了体系完善的多指标抗震性能评价方法。该评价方法考虑了病害指标的差异及其震害影响规律，并考虑了震害影响的其他因素，所提出的抗震性能评价方法具有合理性和综合性。结合典型土遗址抗震保护工程实践和历史地震影响的定量分析，提出了土遗址文物抗震防护加固的原则，对比分析了土遗址加固前后以及不同加固方式的抗震安全性。本项研究成果可以为土遗址文物的震害预防及其抗震加固对策提供依据，使土遗址加固防护设计更科学、更合理，以达到既经济又安全的效果，这无疑会产生巨大的经济效益。同时，也可为土遗址旅游资源的综合治理与开发利用、文物保护资金的合理配置与使用等方面提供依据。