MHC耦合腐蚀下龙门石窟灰岩细观结构损伤机理及抗腐蚀试验研究

The mechanical,chemical and meso-structural test and so on are carried out under the coupled mechanical(M)-hydro(H)-chemical(C) environment for limestone according to the corrosion and damage phenomenon caused by the chemical solutions action in longmen grottoes. Based on the study of meso-structure changing, the corrosion damage mechanism under coupled MHC environment is studied by comprehensive using the theory of physics, mechanics and chemistry and so on. On the basis of the research on the relationships among meso-structural damage, macro- mechanical damage and time under the coupled MHC environment,the mathematical model of limestone conservation damage is established which can reflect the meso-structural damage characteristics, the corrosion degree of limestone conservation under the coupled MHC environment is evaluated quantificationally,the stability of limestone conservation is forecasted and the scientific basis of the planning and preventive protection for limestone conservation is provided. Based on the above tests, the experiments on chemical reinforcement for limestone conservation are conducted,the coupling mechanism between resisting corrosive materials and limestone can be revealed and the protection method is put forward. The study will provide important theoretical foundation for the protection of the stone conservation and rock engineering and has a broad application prospect.

针对龙门石窟灰岩水化学溶液腐蚀破坏现象，考虑石窟区的围岩应力、水化学溶液等因素，进行应力（M）-水流（H）-化学（C）耦合腐蚀下灰岩的力学、化学、细观结构分析等试验。综合运用物理、力学、化学等理论，从灰岩的细观结构变化出发，揭示灰岩类石质文物MHC耦合腐蚀损伤机理。通过对MHC耦合腐蚀下灰岩细观结构损伤-宏观力学损伤-时间关系的研究，建立能够反映细观结构损伤特征的MHC耦合腐蚀下灰岩类石质文物损伤数学模型，对灰岩类石质文物MHC耦合腐蚀作用程度进行定量评价，对石质文物的稳定性进行预报，为石质文物的计划性和预防性保护提供科学依据。在上述试验及理论研究的基础上，进行灰岩的抗水化学溶液腐蚀试验，揭示抗腐蚀材料与灰岩耦合工作机制，优化龙门石窟石质文物保护材料结构体系，提出相应地保护方法。研究结果将为石质文物及岩石工程的长期保护提供重要的理论基础，具有广泛的应用前景。

随着经济的飞速发展，酸雨、酸雾等现象频繁发生，石质文物遭受到越来越严重的侵蚀。石质文物具有宝贵的价值，因此对石质文物的保护刻不容缓。近年来，龙门石窟岩体受渗透水流和山体上的腐殖质、酸雨、酸雾等化学腐蚀作用的影响越来越大，应力(M)-水流(H)-化学(C)的耦合作用更加速了石窟岩体的腐蚀损伤，进一步消弱了岩体的物理力学性质，对石窟岩体的长期稳定性产生威胁。针对龙门石窟灰岩MHC耦合侵蚀破坏现象，考虑石窟区的泉水、石窟渗水和雨水的化学成分，配置不同的化学溶液，研究MHC耦合作用下龙门石窟灰岩的力学损伤特性及化学溶解行为。试验分析研究表明，由于水化学溶液的溶解作用，化学溶液侵蚀下灰岩强度均有所下降。盐效应、同离子效应对灰岩溶解速率和强度的影响较大。盐效应提高灰岩溶解速率，同离子效应降低灰岩溶解速率。盐的种类和浓度均相同时，酸性越强，溶解速率越大；盐的种类和pH 值相同时，盐浓度升高，灰岩溶解速率增大。通过MHC耦合侵蚀不同时间下灰岩的力学试验及分析，获得MHC耦合侵蚀下龙门石窟灰岩强度损伤特性，建立MHC耦合作用下灰岩应力随时间的侵蚀损伤方程。通过MHC耦合侵蚀不同时间下灰岩溶解动力学试验及分析，研究灰岩在MHC耦合下的溶解特性，建立MHC耦合下灰岩侵蚀溶解动力学方程。在上述基础上，建立了反映细观结构损伤特征的MHC耦合腐蚀损伤数学模型。在对上述灰岩腐蚀损伤机理分析的基础上，进行了一系列的抗侵蚀保护研究，提出了抗侵蚀保护材料,分析了抗侵蚀保护材料对灰岩类石质文物的保护效果和机理。研究结果将为石质文物及岩石工程的长期保护提供重要的理论基础，具有广泛的应用前景。