基于精细化勘察的卧佛佛手及目犍连造像稳定性研究

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大足石刻为大足区内23处造像的总称,是举世闻名的八大石窟之一,其中属宝顶山和北山造像较为集中。其中卧佛造像以及千手观音造像等辉宏石刻在内的宝顶山石刻最为著名,始凿于公元1174~1252年,工时历经70余年之久。卧佛摩崖造像是我国最大的释迦摩尼半身卧像石质文物,其自身所拥有的历史价值、艺术价值以及宗教价值等都是无法估量的。造像自开凿以来受到长期地质营力与风化营力作用,卧佛造像本体以及身前众弟子像已经出现局部缺失、表面劣化、盐害以及裂隙切割等问题。每尊弟子像保存现状差异较大,同时卧佛造像不同组成部分间稳定性问题尤为突出。因此开展卧佛造像群保护研究工作时,需针对不同病害类型、危险程度分级、分类进行系统研究。本文通过收集分析已有的关于卧佛摩崖造像区域的工程地质资料,在现场开展进一步的勘察研究工作。通过详细的现场调查研究,结合研究对象三维扫描数据,建立造像佛手以及目犍连菩萨造像的精细化三维几何模型,借助中国科学院武汉岩土力学研究所实验所得的砂岩物理力学参数,使用ANSYS软件对两个研究对象进行静力状态以及地震动力状态下的稳定性分析,最终得到以下4条研究结论:(1)本文结合探地雷达、高密度电法与地震探测手段,对治水工程后卧佛所在崖面背部游客通道之上开展勘察工作。勘察结果显示治水后的游客通行通道下部空间中,上层覆盖层在纵向剖面中分层清晰,勘测深度范围内覆盖层下部砂岩整体性较好,很少出现起伏。(2)文中实现了针对佛手以及目犍连菩萨造像这类结合文物特征与地质体特征的复杂曲面构成的三维精细化建模工作。结合逆向工程建模方法与传统正向建模方法,使用Geomagic Studio、Rhino软件完成曲面建模与模型合并,然后使用Hypermesh软件生成精细的网格模型。(3)卧佛佛手在自然静力状态下,拉应力集中发生的位置主要分布在手背与背部岩体相连的部分。其次为佛手食指裂缝前端点处,拉应力集中范围较小。在施加Y轴方向和X轴方向的地震荷载后,佛手表面拉应力集中区域较静力状态多增一处,即悬出食指与中指间连接部分。整个佛手在施加地震荷载后于食指指尖处出现最大位移,其他部位稳定性相对较高,根据佛手不同监测点位置的位移时程发现,食指指尖以及裂缝端部的位移响应在开始阶段较为迟缓,在地震波衰减阶段监测点的位移响应衰减同样存在一定的延迟。(4)目犍连造像在静力状态下,在佛像后颈处有一拉应力集中区域,前颈相对位置有一较小的压应力集中区域。在施加Y轴方向和X轴方向的地震荷载后,目犍连菩萨造像在背部后颈处拉应力集中区域增大,佛像冠部在荷载作用下位移响应明显,但整体上与荷载的响应一致,佛像头部在受荷后朝向临空面向下发生破坏的可能性增大。
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