龍游石窟大型古地下工程洞室群科學(xué)技術(shù)問(wèn)題研究

前言

　　《龍游石窟大型古地下工程洞室群科學(xué)技術(shù)問(wèn)題研究》是作者在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目和浙江省龍游縣文化廣電新聞出版局、風(fēng)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(xué)原理出發(fā)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈淖趾拖鑼?shí)的數(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(diǎn)的大型古地下工程洞室群的。他們?cè)谘芯窟^(guò)程中有諸多科學(xué)發(fā)現(xiàn)。例如：　　（1）他們發(fā)現(xiàn)，古人在為支頂平直斜頂而“設(shè)計(jì)”巖柱時(shí)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(xué)?！　。?）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(yīng)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(xué)性?！　。?）作者找到了可以說(shuō)明古人在建造龍游石窟時(shí)采用“先開(kāi)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(guò)程中所采用的符合當(dāng)時(shí)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(dú)特的導(dǎo)水槽等?！　∵@些可稱為古工程科學(xué)技術(shù)亮點(diǎn)的科學(xué)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(xué)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(yàn)場(chǎng)”，通過(guò)對(duì)它的深入研究，將有助于工程地質(zhì)研究者和巖石力學(xué)研究者加深對(duì)巖體風(fēng)化過(guò)程及長(zhǎng)期巖石力學(xué)強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)，這是一項(xiàng)很有意義的研究課題?！　∮捎谌狈κ妨希诤稳?、何時(shí)、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(huì)科學(xué)方面的問(wèn)題，至今都未得到公認(rèn)的答案，但該書如實(shí)地列出了來(lái)自歷史學(xué)家、考古學(xué)家和其他有識(shí)之士提出的各家之說(shuō)，并積極地參與討論。在分析討論中，作者表現(xiàn)出一個(gè)科學(xué)工作者所應(yīng)該具有的實(shí)事求是的作風(fēng)。他們相信，只要堅(jiān)持科學(xué)研究，隨著時(shí)間的推移，一定會(huì)有更多的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，并逐步向歷史真實(shí)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(xué)技術(shù)問(wèn)題。其主要內(nèi)容包括龍游大型古地下工程洞室群的開(kāi)鑿年代和開(kāi)鑿目的等考古學(xué)猜想及其文物價(jià)值評(píng)價(jià)，洞室群分布區(qū)工程地質(zhì)條件分析、洞室群古工程科學(xué)技術(shù)亮點(diǎn)研究、古人高超的勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工方法、洞室變形破壞分析及充水對(duì)其穩(wěn)定性影響分析、巖體長(zhǎng)期強(qiáng)度和流變參數(shù)反演以及對(duì)洞室群的保護(hù)問(wèn)題等。    有關(guān)研究成果不僅對(duì)工程地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、地下建筑學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展有所啟示，而且對(duì)現(xiàn)代重要地下工程的設(shè)計(jì)、施工和有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害防治有一定參考價(jià)值。    本書可供從事巖石地下工程設(shè)計(jì)、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(xué)、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(wèn)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(shuō)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(xué)技術(shù)亮點(diǎn)研究的目的和研究動(dòng)態(tài)    1.4.1  龍游石窟古地下工程科學(xué)技術(shù)問(wèn)題研究的目的    1.4.2  在龍游石窟古工程科學(xué)技術(shù)方面的研究動(dòng)態(tài)  1.5  本書所采用的研究方法論和研究?jī)?nèi)容    1.5.1  主要研究對(duì)象    1.5.2  工程地質(zhì)力學(xué)綜合集成方法論的應(yīng)用    1.5.3  研究?jī)?nèi)容第2章  龍游石窟洞室特征調(diào)查和文物價(jià)值的初步評(píng)價(jià)  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(chǎng)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(jià)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(jià)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(jiǎn)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(píng)價(jià)和圍巖力學(xué)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(cè)試  3.6  巖石物理力學(xué)性質(zhì)    3.6.1  試驗(yàn)方法    3.6.2  試驗(yàn)結(jié)果    3.6.3  試驗(yàn)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(xué)性質(zhì)指標(biāo)  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(xué)成分    3.7.4  水害問(wèn)題  3.8  工程地質(zhì)條件對(duì)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(xué)技術(shù)亮點(diǎn)的研究  4.1  FLAC-3D程序及原理簡(jiǎn)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(jì)算原理    4.1.4  FLAC-3D計(jì)算方法    4.1.5  FLAC-3D所用的本構(gòu)模型和計(jì)算模型    4.1.6  FLAC-3D的其他特點(diǎn)    4.1.7  龍游石窟數(shù)值分析所用的計(jì)算方法及參數(shù)選取  4.2  關(guān)于斜頂結(jié)構(gòu)的科學(xué)亮點(diǎn)分析    4.2.1  計(jì)算模型    4.2.2  計(jì)算結(jié)果與分析  4.3  關(guān)于魚尾形巖柱的科學(xué)亮點(diǎn)分析    4.3.1  計(jì)算模型    4.3.2  計(jì)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(xué)亮點(diǎn)分析    4.4.1  計(jì)算模型    4.4.2  計(jì)算結(jié)果與分析  4.5  關(guān)于L形巖柱的科學(xué)亮點(diǎn)分析    4.5.1  計(jì)算模型    4.5.2  計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析  4.6  關(guān)于斜墻的科學(xué)亮點(diǎn)分析    4.6.1  計(jì)算模型    4.6.2  計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析  4.7  關(guān)于巖柱及其支撐面積問(wèn)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(hào)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(wèn)題的幾點(diǎn)看法  4.8  墻腳和柱腳的增大“設(shè)計(jì)”  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(wèn)題    4.12  幾點(diǎn)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(guò)“工程類比法”進(jìn)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(jìn)行“工程地質(zhì)勘察”的猜想    5.1.3  層位選擇問(wèn)題    5.1.4  洞口位置選擇問(wèn)題  5.2  關(guān)于施工采光問(wèn)題的討論    5.2.1  關(guān)于陽(yáng)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(kāi)鑿方法的采用  5.4  關(guān)于開(kāi)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(kāi)鑿工具的猜想    5.4.3  關(guān)于兩種開(kāi)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(wèn)題    5.5.3  關(guān)于裝飾圖案與采石痕跡之爭(zhēng)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(cè)問(wèn)題    5.7.1  龍游石窟工程量測(cè)水平的評(píng)價(jià)    5.7.2  關(guān)于工程量測(cè)方法的猜想第6章  洞室變形破壞分析和長(zhǎng)期積水對(duì)洞室保護(hù)作用的機(jī)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題    6.2.2  各洞室?guī)r柱的變形破壞問(wèn)題    6.2.3  各洞室邊墻的變形破壞問(wèn)題  6.3  洞室完整程度的定性等級(jí)劃分及圍巖穩(wěn)定性初步評(píng)價(jià)    6.3.1  洞室完整性定性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定    6.3.2  各洞室完整程度的評(píng)價(jià)  6.4  長(zhǎng)期充水對(duì)洞室保護(hù)的機(jī)理分析    6.4.1  充水情況分析    6.4.2  充水對(duì)圍巖風(fēng)化速度的影響    6.4.3  充水對(duì)圍巖應(yīng)力應(yīng)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(diǎn)看法第7章  巖體長(zhǎng)期強(qiáng)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(yīng)力的基本假定  7.3  鳳凰山古洞室群4號(hào)洞P4，2巖柱層面抗剪強(qiáng)度的反演    7.3.1  4號(hào)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(qiáng)度反演原理    7.3.4  反分析的初步結(jié)果  7.4  牛場(chǎng)古洞室群1號(hào)洞頂板和P4，2巖柱長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度的反演    7.4.1  問(wèn)題的提出    7.4.2  基本原理    7.4.3  計(jì)算模型    7.4.4  圍巖力學(xué)參數(shù)    7.4.5  拉裂縫法向應(yīng)力的獲取    7.4.6  頂板拉應(yīng)力反分析    7.4.7  P4，2巖柱上拉應(yīng)力分析  7.5  鳳凰山古洞室群5號(hào)洞頂板破壞過(guò)程的反演分析    7.5.1  力學(xué)模型    7.5.2  流變斷裂基本方程    7.5.3  基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的反演分析方法    7.5.4  流變過(guò)程及長(zhǎng)期穩(wěn)定性分析的結(jié)果第8章  關(guān)于龍游石窟保護(hù)問(wèn)題的若干思考  8.1  研究目的  8.2  關(guān)于龍游石窟長(zhǎng)期保護(hù)問(wèn)題的戰(zhàn)略思考  8.3  抽干洞室積水所造成的問(wèn)題及原始封存的處理對(duì)策  8.4  洞口(邊坡)風(fēng)化和破壞問(wèn)題及加固方案  8.5  洞內(nèi)滲水問(wèn)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(duì)危險(xiǎn)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(fēng)化問(wèn)題及防風(fēng)化措施  8.8  洞口進(jìn)雨問(wèn)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(wèn)題  8.11  洞室穩(wěn)定程度和環(huán)境變化的預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)    8.11.1  預(yù)測(cè)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(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)手段    8.11.3  關(guān)于1～5號(hào)洞監(jiān)測(cè)的若干建議參考文獻(xiàn)后記

章節(jié)摘錄

　　2.藝術(shù)價(jià)值　　藝術(shù)價(jià)值是龍游石窟文物價(jià)值的重要組成部分。但如何研究它們的價(jià)值卻十分困難。根據(jù)謝辰生的觀點(diǎn)，在各種文物中，大量的文物具有藝術(shù)價(jià)值。不僅有人類進(jìn)入文明社會(huì)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(dòng)中的藝術(shù)創(chuàng)作和帶有審美意識(shí)的萌芽。例如：在中國(guó)的原始社會(huì)，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(shí)，同時(shí)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(jià)值，如彩陶紋飾不僅有寫實(shí)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(duì)這些紋飾的變化和它反映的社會(huì)內(nèi)容與觀念形態(tài)，有不同的見(jiàn)解和解釋，但它畢竟是以藝術(shù)形式來(lái)表現(xiàn)的。另外，青銅器的造型和紋飾、各時(shí)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(jià)值?！　《跉W洲，舊石器時(shí)代的洞穴壁畫和獸骨（包括象牙）雕刻品等也無(wú)不具有藝術(shù)價(jià)值，并被稱為“洞穴藝術(shù)”?！　≡谟懻撐奈锼囆g(shù)價(jià)值時(shí)還將涉及美及作為它的學(xué)科研究的美學(xué)問(wèn)題。正如《洞穴旅游學(xué)》的作者陳詩(shī)才所述：“在古希臘，哲人一直在研究美，時(shí)至今天，全世界都將其當(dāng)作一門科學(xué)?！钡芯康目傮w水平，還是停留在“前科學(xué)”的嬰兒床上，未能變成常態(tài)科學(xué)。盡管如此，陳詩(shī)才的下列觀點(diǎn)對(duì)龍游石窟藝術(shù)價(jià)值的研究有一定參考價(jià)值：“美是一些客觀事物所具有的，能被審美感覺(jué)反應(yīng)及起放大作用的，經(jīng)社會(huì)實(shí)踐不斷挖掘其完善性的一種特殊性態(tài)，科學(xué)美學(xué)走向內(nèi)在的統(tǒng)一”?！　「鶕?jù)謝辰生和陳詩(shī)才等的觀點(diǎn)，以及自己的審美觀，作者認(rèn)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(xué)與藝術(shù)、力學(xué)與美學(xué)相結(jié)合的藝術(shù)亮點(diǎn)。所以它的藝術(shù)價(jià)值是多方面的。下面將從11個(gè)方面進(jìn)行欣賞及評(píng)價(jià)。

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