龍游石窟大型古地下工程洞室群科學技術(shù)問題研究

前言

　　《龍游石窟大型古地下工程洞室群科學技術(shù)問題研究》是作者在國家自然科學基金項目、浙江省科技計劃項目和浙江省龍游縣文化廣電新聞出版局、風景旅游管理局的資助下，自1998年至今所取得的一系列有關(guān)龍游石窟研究成果的總結(jié)。作者從工程地質(zhì)力學原理出發(fā)，以嚴謹?shù)奈淖趾拖鑼嵉臄?shù)據(jù)，為我們揭示出古代工匠們是如何在龍游白堊系地層中，建造出具有淺埋特點的大型古地下工程洞室群的。他們在研究過程中有諸多科學發(fā)現(xiàn)。例如：　?。?）他們發(fā)現(xiàn)，古人在為支頂平直斜頂而“設(shè)計”巖柱時所采用的具有熨斗底形橫截面的巖柱比面積相同的方形柱更為科學。　?。?）他們還發(fā)現(xiàn)巖柱頂部具有美感的曲面斜托可以改善巖柱與被支頂?shù)捻敯逯g的應力條件，有助于洞室群的穩(wěn)定?！　。?）作者論證了古人在龍游石窟各洞室普遍采用的斜墻（即向洞內(nèi)斜的墻）結(jié)構(gòu)的科學性?！　。?）作者找到了可以說明古人在建造龍游石窟時采用“先開挖，后在洞周雕刻圖案”的兩步施工法證據(jù)?！　。?）作者還在足夠證據(jù)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了古人在洞室群的建造過程中所采用的符合當時生產(chǎn)力水平的防水排水系統(tǒng)，其中包括雕刻在邊墻上、造型獨特的導水槽等?！　∵@些可稱為古工程科學技術(shù)亮點的科學發(fā)現(xiàn)，讓我們看到古人在建造龍游石窟中所顯示出的令我們驚奇不已的智慧。這些發(fā)現(xiàn)還清楚地告訴我們古人具有樸素的科學思想和高超技藝。另外，由于龍游石窟也可看作為一比一的“模擬試驗場”，通過對它的深入研究，將有助于工程地質(zhì)研究者和巖石力學研究者加深對巖體風化過程及長期巖石力學強度的認識，這是一項很有意義的研究課題?！　∮捎谌狈κ妨?，在何人、何時、因何種原因而建造出這些宏大的古地下工程洞室群等有關(guān)社會科學方面的問題，至今都未得到公認的答案，但該書如實地列出了來自歷史學家、考古學家和其他有識之士提出的各家之說，并積極地參與討論。在分析討論中，作者表現(xiàn)出一個科學工作者所應該具有的實事求是的作風。他們相信，只要堅持科學研究，隨著時間的推移，一定會有更多的科學發(fā)現(xiàn)，并逐步向歷史真實逼近。

內(nèi)容概要

本書論述了一座可能始挖于西漢的大型古地下工程洞室群的工程科學技術(shù)問題。其主要內(nèi)容包括龍游大型古地下工程洞室群的開鑿年代和開鑿目的等考古學猜想及其文物價值評價，洞室群分布區(qū)工程地質(zhì)條件分析、洞室群古工程科學技術(shù)亮點研究、古人高超的勘測、設(shè)計和施工方法、洞室變形破壞分析及充水對其穩(wěn)定性影響分析、巖體長期強度和流變參數(shù)反演以及對洞室群的保護問題等。    有關(guān)研究成果不僅對工程地質(zhì)學、巖石力學、地下建筑學等現(xiàn)代科學的發(fā)展有所啟示，而且對現(xiàn)代重要地下工程的設(shè)計、施工和有關(guān)的地質(zhì)災害防治有一定參考價值。    本書可供從事巖石地下工程設(shè)計、施工、科研的工程技術(shù)人員和大專院校工程地質(zhì)、巖石力學、地下建筑、采礦和旅游專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

序前言第1章  緒論  1.1  龍游石窟的發(fā)現(xiàn)  1.2  龍游石窟的分布    1.2.1  關(guān)于龍游石窟命名問題的思考    1.2.2  龍游石窟的分布  1.3  有關(guān)龍游石窟修建目的和修建年代的討論    1.3.1  龍游縣的歷史變遷    1.3.2  關(guān)于龍游石窟建造目的的各種說法    1.3.3  關(guān)于石窟始建年代的討論  1.4  龍游石窟大型古地下工程科學技術(shù)亮點研究的目的和研究動態(tài)    1.4.1  龍游石窟古地下工程科學技術(shù)問題研究的目的    1.4.2  在龍游石窟古工程科學技術(shù)方面的研究動態(tài)  1.5  本書所采用的研究方法論和研究內(nèi)容    1.5.1  主要研究對象    1.5.2  工程地質(zhì)力學綜合集成方法論的應用    1.5.3  研究內(nèi)容第2章  龍游石窟洞室特征調(diào)查和文物價值的初步評價  2.1  龍游石窟洞室特征調(diào)查研究    2.1.1  鳳凰山古洞室群的洞室結(jié)構(gòu)    2.1.2  牛場古洞室群的洞室結(jié)構(gòu)    2.1.3  艾公洞的洞室結(jié)構(gòu)    2.1.4  上坂村古洞室群的洞室結(jié)構(gòu)    2.1.5  龍游石窟的洞室基本特征  2.2  關(guān)于龍游石窟文物價值的思考    2.2.1  關(guān)于文物的定義及文物的基本特征    2.2.2  龍游石窟具有文物所必須具有的兩大基本特征    2.2.3  龍游石窟文物價值分析  2.3  龍游石窟信息系統(tǒng)(LCGIS)的建立    2.3.1  Maptitude 4.0簡介    2.3.2  龍游石窟信息系統(tǒng)第3章  鳳凰山古洞室群工程地質(zhì)條件評價和圍巖力學參數(shù)研究  3.1  氣候條件  3.2  區(qū)域地質(zhì)背景    3.2.1  地形地貌    3.2.2  地層巖性    3.2.3  地質(zhì)構(gòu)造    3.2.4  地震  3.3  龍游石窟分布區(qū)的地形地貌  3.4  鳳凰山古洞室群工程區(qū)的地層和構(gòu)造    3.4.1  石窟分布區(qū)地層    3.4.2  石窟分布區(qū)構(gòu)造    3.4.3  巖體結(jié)構(gòu)  3.5  石窟圍巖黏土礦物分析和崩解規(guī)律研究    3.5.1  顆粒分析    3.5.2  膠結(jié)物分析    3.5.3  崩解耐久性分析    3.5.4  微結(jié)構(gòu)測試  3.6  巖石物理力學性質(zhì)    3.6.1  試驗方法    3.6.2  試驗結(jié)果    3.6.3  試驗結(jié)果綜合分析    3.6.4  不同賦存環(huán)境下圍巖的物理力學性質(zhì)指標  3.7  水文地質(zhì)條件    3.7.1  地下水的形成和分布規(guī)律    3.7.2  地下水類別和含水巖層(組)劃分    3.7.3  水的化學成分    3.7.4  水害問題  3.8  工程地質(zhì)條件對地下洞室穩(wěn)定性的影響第4章  龍游石窟大型古地下工程洞室群科學技術(shù)亮點的研究  4.1  FLAC-3D程序及原理簡述    4.1.1  有限差分法概述    4.1.2  拉格朗日元法介紹    4.1.3  FLAC-3D計算原理    4.1.4  FLAC-3D計算方法    4.1.5  FLAC-3D所用的本構(gòu)模型和計算模型    4.1.6  FLAC-3D的其他特點    4.1.7  龍游石窟數(shù)值分析所用的計算方法及參數(shù)選取  4.2  關(guān)于斜頂結(jié)構(gòu)的科學亮點分析    4.2.1  計算模型    4.2.2  計算結(jié)果與分析  4.3  關(guān)于魚尾形巖柱的科學亮點分析    4.3.1  計算模型    4.3.2  計算結(jié)果與分析    4.3.3  塑性破壞區(qū)的比較  4.4  關(guān)于巖柱斜托的科學亮點分析    4.4.1  計算模型    4.4.2  計算結(jié)果與分析  4.5  關(guān)于L形巖柱的科學亮點分析    4.5.1  計算模型    4.5.2  計算結(jié)果對比分析  4.6  關(guān)于斜墻的科學亮點分析    4.6.1  計算模型    4.6.2  計算結(jié)果對比分析  4.7  關(guān)于巖柱及其支撐面積問題的討論    4.7.1  巖柱支撐面積的幾何劃分方法及結(jié)果    4.7.2  鳳凰山古洞室群1～5號洞各巖柱橫截面積的確定    4.7.3  關(guān)于巖柱支撐頂板面積問題的幾點看法  4.8  墻腳和柱腳的增大“設(shè)計”  4.9  柱墻相連的措施  4.10  洞口斜柱    4.11  避免或減小斜頂與底板之間的銳角問題    4.12  幾點結(jié)論第5章  關(guān)于古人在工程地質(zhì)選址、選層及施工方法的猜想  5.1  關(guān)于古人在龍游石窟地質(zhì)選址、選層等方面的猜想    5.1.1  關(guān)于古人通過“工程類比法”進行石窟選址的猜想    5.1.2  關(guān)于古人采用以“坑槽探”方法為主進行“工程地質(zhì)勘察”的猜想    5.1.3  層位選擇問題    5.1.4  洞口位置選擇問題  5.2  關(guān)于施工采光問題的討論    5.2.1  關(guān)于陽光照明可能性的討論    5.2.2  關(guān)于火把照明可能性的討論  5.3  分層開鑿方法的采用  5.4  關(guān)于開鑿方法的討論    5.4.1  由施工采光引起的兩次施工方法的猜想    5.4.2  關(guān)于開鑿工具的猜想    5.4.3  關(guān)于兩種開鑿方法的猜想  5.5  關(guān)于鑿痕圖案刻鑿方法的討論    5.5.1  關(guān)于刻鑿方法的猜想    5.5.2  關(guān)于分部施工方法和偏差問題    5.5.3  關(guān)于裝飾圖案與采石痕跡之爭的討論  5.6  關(guān)于龍游石窟排水系統(tǒng)建立方法的猜想    5.6.1  關(guān)于排水系統(tǒng)的功能分析    5.6.2  關(guān)于排水系統(tǒng)施工方法的猜想  5.7  工程量測問題    5.7.1  龍游石窟工程量測水平的評價    5.7.2  關(guān)于工程量測方法的猜想第6章  洞室變形破壞分析和長期積水對洞室保護作用的機理初步研究  6.1  鳳凰山古洞室群洞室圍巖變形破壞情況的調(diào)查    6.1.1  圍巖變形問題的調(diào)查    6.1.2  圍巖裂縫的分布調(diào)查    6.1.3  圍巖塌落和毀壞問題的調(diào)查    6.1.4  洞室圍巖變形破壞概括  6.2  上坂村古洞室群圍巖變形破壞的調(diào)查    6.2.1  各洞室頂板的變形破壞問題    6.2.2  各洞室?guī)r柱的變形破壞問題    6.2.3  各洞室邊墻的變形破壞問題  6.3  洞室完整程度的定性等級劃分及圍巖穩(wěn)定性初步評價    6.3.1  洞室完整性定性分級標準的確定    6.3.2  各洞室完整程度的評價  6.4  長期充水對洞室保護的機理分析    6.4.1  充水情況分析    6.4.2  充水對圍巖風化速度的影響    6.4.3  充水對圍巖應力應變條件的改善    6.4.4  抽水順序?qū)ο噜彾词曳€(wěn)定性的影響  6.5  幾點看法第7章  巖體長期強度和流變參數(shù)反演的研究  7.1  龍游石窟古洞室群反分析的提出  7.2  關(guān)于初始地應力的基本假定  7.3  鳳凰山古洞室群4號洞P4，2巖柱層面抗剪強度的反演    7.3.1  4號洞數(shù)值分析模型    7.3.2  剪切面幾何條件的確定    7.3.3  P4，2巖柱抗剪強度反演原理    7.3.4  反分析的初步結(jié)果  7.4  牛場古洞室群1號洞頂板和P4，2巖柱長期抗拉強度的反演    7.4.1  問題的提出    7.4.2  基本原理    7.4.3  計算模型    7.4.4  圍巖力學參數(shù)    7.4.5  拉裂縫法向應力的獲取    7.4.6  頂板拉應力反分析    7.4.7  P4，2巖柱上拉應力分析  7.5  鳳凰山古洞室群5號洞頂板破壞過程的反演分析    7.5.1  力學模型    7.5.2  流變斷裂基本方程    7.5.3  基于正交試驗設(shè)計的反演分析方法    7.5.4  流變過程及長期穩(wěn)定性分析的結(jié)果第8章  關(guān)于龍游石窟保護問題的若干思考  8.1  研究目的  8.2  關(guān)于龍游石窟長期保護問題的戰(zhàn)略思考  8.3  抽干洞室積水所造成的問題及原始封存的處理對策  8.4  洞口(邊坡)風化和破壞問題及加固方案  8.5  洞內(nèi)滲水問題及解決方法  8.6  洞室局部破壞及加固方法    8.6.1  加固原則    8.6.2  洞室相對危險區(qū)的分區(qū)方法    8.6.3  加固思路和加固方法設(shè)想  8.7  圍巖風化問題及防風化措施  8.8  洞口進雨問題和透明防雨頂棚  8.9  巖柱和邊墻的破壞性刻鑿及禁止措施  8.10  入洞者安全保證和最佳旅游路線問題  8.11  洞室穩(wěn)定程度和環(huán)境變化的預測及監(jiān)測    8.11.1  預測洞室穩(wěn)定程度和環(huán)境變化的必要性    8.11.2  主要監(jiān)測對象和監(jiān)測手段    8.11.3  關(guān)于1～5號洞監(jiān)測的若干建議參考文獻后記

章節(jié)摘錄

　　2.藝術(shù)價值　　藝術(shù)價值是龍游石窟文物價值的重要組成部分。但如何研究它們的價值卻十分困難。根據(jù)謝辰生的觀點，在各種文物中，大量的文物具有藝術(shù)價值。不僅有人類進入文明社會以后的繪畫、雕塑等造型藝術(shù)作品，而且還有出現(xiàn)在早期人類活動中的藝術(shù)創(chuàng)作和帶有審美意識的萌芽。例如：在中國的原始社會，人類在為自己生存和生產(chǎn)需要而制作具有各種功能的生產(chǎn)工具和生活器皿時，同時也就孕育了藝術(shù)。因此，這些生產(chǎn)工具和生活器皿在造型和紋飾上都具有了一定的藝術(shù)價值，如彩陶紋飾不僅有寫實的圖像，而且有像水紋、漩渦紋、三角形等抽象的幾何紋。盡管對這些紋飾的變化和它反映的社會內(nèi)容與觀念形態(tài)，有不同的見解和解釋，但它畢竟是以藝術(shù)形式來表現(xiàn)的。另外，青銅器的造型和紋飾、各時代的陶瓷器、各種用于裝飾和美化的工藝品，以及作為居住或其他用途的宮殿、廟宇等各種建筑物等都具有藝術(shù)價值?！　《跉W洲，舊石器時代的洞穴壁畫和獸骨（包括象牙）雕刻品等也無不具有藝術(shù)價值，并被稱為“洞穴藝術(shù)”?！　≡谟懻撐奈锼囆g(shù)價值時還將涉及美及作為它的學科研究的美學問題。正如《洞穴旅游學》的作者陳詩才所述：“在古希臘，哲人一直在研究美，時至今天，全世界都將其當作一門科學?！钡芯康目傮w水平，還是停留在“前科學”的嬰兒床上，未能變成常態(tài)科學。盡管如此，陳詩才的下列觀點對龍游石窟藝術(shù)價值的研究有一定參考價值：“美是一些客觀事物所具有的，能被審美感覺反應及起放大作用的，經(jīng)社會實踐不斷挖掘其完善性的一種特殊性態(tài)，科學美學走向內(nèi)在的統(tǒng)一”?！　「鶕?jù)謝辰生和陳詩才等的觀點，以及自己的審美觀，作者認為龍游石窟既具有“斜頂加巖柱”這種可作為藝術(shù)品欣賞的特殊地下結(jié)構(gòu)，又具有豐富多彩的各種雕刻藝術(shù)，還具有充分體現(xiàn)科學與藝術(shù)、力學與美學相結(jié)合的藝術(shù)亮點。所以它的藝術(shù)價值是多方面的。下面將從11個方面進行欣賞及評價。

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