基于RFPA與VR技術(shù)的龍游石窟5＃洞變形破壞機(jī)理與保護(hù)對策研究.pdf

1、龍游石窟大型古地下建筑群是人類文明歷史中的瑰寶，自1992年被發(fā)現(xiàn)便引起世界范圍內(nèi)專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。自其被發(fā)現(xiàn)20余年以來，已經(jīng)被開發(fā)對外開放旅游的1-5＃洞在自然風(fēng)化和人為干擾的共同作用下，發(fā)生了一系列的破壞，龍游縣地方相關(guān)單位已經(jīng)開展了保護(hù)和修復(fù)工作。但由于龍游石窟地下古建筑群其建筑規(guī)模大，外部影響因素復(fù)雜，給研究和保護(hù)工作帶來了重重的困難。為了更好的保護(hù)這一人類文明歷史遺產(chǎn)中的瑰寶，也為其他古地下空間工程的開發(fā)和保護(hù)提供參考，本

2、文從探討石窟的破壞機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，選擇龍游石窟5#洞為研究對象，從VR技術(shù)和數(shù)值計算入手，建立了龍游石窟5#洞虛擬仿真模型并采用RFPA離心加載方法和RFPA濕度版軟件分別分析洞室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及環(huán)境濕度變化對洞室穩(wěn)定性的影響，取得研究成果如下。
　　基于VR技術(shù)，將古老的洞窟與先進(jìn)的科技手段相結(jié)合，建立了龍游石窟5#洞虛擬仿真系統(tǒng)，以求減少游人以及外界環(huán)境對石窟的影響。運(yùn)用 CentrifugeRFPA?軟件模擬了龍游石窟5#洞在

3、離心加載條件下，洞室結(jié)構(gòu)從出現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)到裂紋出現(xiàn)、擴(kuò)展及貫通的過程，揭示了洞室破壞失穩(wěn)的全過程，得到洞室結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)為6.5。研究表明，在離心加載過程中，三根巖柱對洞室頂板起支撐作用；洞室頂板上的裂縫和巖柱上的裂縫同步產(chǎn)生；三根巖柱中，靠近洞口區(qū)域的頂板上最先萌生裂縫，靠近洞口的第一根巖柱同步產(chǎn)生裂縫，巖柱與其上方區(qū)域的頂板同時發(fā)生破壞，其中巖柱是壓剪破壞，頂板則是圍繞三根柱子在張拉力作用下發(fā)生楔形體破壞，該結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查現(xiàn)象一致。

4、
　　在離心加載過程中，3根巖柱在同一步發(fā)生破壞，經(jīng)步中步顯示其中5-1#巖柱首先在柱腳位置發(fā)生壓剪破壞，其次是5-2#巖柱在柱頂位置發(fā)生壓剪破壞，最后是5-3#巖柱在柱腳位置發(fā)生壓剪破壞。在離心加載過程中，5-2#巖柱破壞前所受的極限壓應(yīng)力最大，5-3#巖柱次之，5-1#巖柱最?。ü?-1#巖柱應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測保護(hù)）。對三根巖柱的支撐作用進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)5-2#巖柱的支撐作用最明顯，5-3#巖柱次之，5-1#巖柱的支撐作用最小。

5、　　采用RFPA2D濕度版軟件分析環(huán)境濕度變化對洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。當(dāng)洞室圍巖濕度高于洞室內(nèi)部環(huán)境的濕度時，水份會從高濕度向低濕度擴(kuò)散，即洞室圍巖內(nèi)的水份向室內(nèi)環(huán)境中擴(kuò)散，造成圍巖結(jié)構(gòu)內(nèi)部水份損失，產(chǎn)生干縮效應(yīng)；當(dāng)洞室內(nèi)部環(huán)境的濕度高于洞室圍巖濕度時，洞室內(nèi)環(huán)境中的水份則向結(jié)構(gòu)內(nèi)部擴(kuò)散，構(gòu)成洞室圍巖的粉質(zhì)砂巖內(nèi)含蒙脫石的吸水膨脹作用，如此反復(fù)的膨脹和干縮過程給結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)力狀態(tài)帶來顯著的影響，從而產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重影響洞室的完整性和穩(wěn)定性