大足石刻千手观音造像区渗流场数值模拟及渗水机理分析

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cderfvbgtyhnmj
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石刻艺术是我国古代灿烂文化中的一个重要组成部分,石刻艺术品浩如烟海,无不凝聚着民族气质和时代精神。特别是那些佛教造像,以惟妙惟肖的佛国众相来感染编织世人的彼岸幻梦,给人们无尽的艺术享受,四川大足石窟、河南洛阳龙门石窟等一大批石质文物无疑是石刻艺术这类文化遗产的珍贵宝库,保护这些珍贵的历史文化遗产,继承和发扬民族的优秀文化,是一项功在当代,惠及子孙的大工程。   重庆大足宝顶山石刻开凿于至今已有800多年。千手观音造像为大佛湾第8号龛,龛高7.7m,宽12.5m,占崖壁面积88㎡。千手观音造像高3m,观音身前、两侧、后背和头部上方,实刻820只手眼,其手势各异,是宋代石刻艺术精华,具有重要的文化、艺术、宗教、历史价值。千手观音造像所在的宝顶山石刻1961年被国务院公布为全国重点文物保护单位。1999年12月被列入《世界遗产名录》。   800余年来,在长期自然营力作用的影响下,千手观音造像所赋存的石刻岩体产生了严重的环境地质病害。其主要病害为风化和局部掉块。风化病害使造像的金箔褪色、起壳、剥落,造像表面还可见起霉,脱落现象,严重影响了造像的美观。构造裂隙和卸荷裂隙的切割,降低了石刻岩体的稳定性,造成造像手指手臂的局部掉块。这些病害已严重威胁千手观音造像的安全,需及时采取措施进行抢险保护。   2008年国家文物局批准了对大足千手观音造像进行保护的工程立项,拟开展千手观音造像本体修复加固。千手观音造像赋存的岩体崖壁渗水病害如果存在,将对本体修复中材料选择及修复加固工艺等提出特殊要求,对本体修复加固的效果产生重要影响。因此,十分有必要了解千手观音造像区地下水渗流情况,确定该区域内地下水补给、径流、排泄条件及向石刻造像的运移规律,为千手观音造像的保护工程提供科学依据。   本文以千手观音造像所在区域为研究对象,在现场,将钻、坑探,现场测试与地质雷达、钻孔CT等多种物探方法相结合,通过多种技术手段交替使用、互相验证,从而进行综合分析;同时,在现场研究的基础上,基于有限差分原理,采用双重介质数学模型对千手观音所在地质单元建立三维水文地质仿真模型,进行了地下水渗流场数值模拟和分析研究,从而为千手观音造像的保护工程设计提供科学依据。主要获得以下结论:   (1)千手观音造像区分布的地层主要有第四系的残坡积物、人工堆积物、侏罗系的紫红色泥岩与灰紫色中细粒长石石英砂岩。其中第四系松散覆盖层和岩体强风化带为大气降水入渗的含水体。   (2)研究区内岩体完整性好,未发现断裂构造,主要发育构造裂隙、层面裂隙和卸荷裂隙,这些裂隙相互交切,形成区内的裂隙渗流网络,成为地下水的渗流通道和储存空间。   (3)千手观音造像所在地质单元的地下水类型为基岩裂隙水。石刻区内的岩体本身不含水,大气降雨大部分以地表径流方式沿地表排向大佛湾,部分大气降雨垂直向下渗入第四系覆盖层和岩体风化带中。当岩体中的裂隙延伸至第四系覆盖层时,大气降水沿裂隙垂直入渗,使岩体中的裂隙局部含水。这些含水裂隙与层面裂隙相交切,构成了岩体中的渗水裂隙连通网络。   (4)由钻孔压水试验可知:圣寿寺一带地下水与卧佛泉水存在连通补给关系;千手观音顶部一带地下水与千手观音右侧渗水裂隙存在连通补给关系;华严三圣顶部一带地下水向牧牛图低洼方向渗流汇集。   千手观音至维摩顶一线为该区域地下水的分水岭,大气降水垂直下渗后分别朝东朝西渗流。千手观音造像区正位于地下水分水岭的脊部,不受地下水影响。   (5)由数值模拟可以看出,卧佛脚处,千手观音右侧及牧牛图处渗水点作为该区域地下水主要排泄通道,计算水位高程与底部泥岩顶板高程基本一致,模拟结果比较符合实际情况。   (6)采用双重介质模型可以反映优先流的现象,能较为全面地反映裂隙岩体的渗流特征,模拟结果中渗流迹线与压水实验所得结果基本相符,圣寿寺及千手观音顶部一带地下水向卧佛处泉水及千手观音右侧渗水裂隙渗流,华严三圣顶部一带地下水向牧牛图方向流动,可以反映研究区地下水运移规律,说明千手观音造像不受地下水渗流影响。   (7)根据模拟计算结果,设置的三个监测孔里,计算水位均在误差范围以内,与实际观测水位基本相符,说明该模型能够有效反映研究区地下水渗流情况。
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