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《大连理工大学》 2017年
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基于RFPA与VR技术的龙游石窟5#洞变形破坏机理与保护对策研究

张慧慧  
【摘要】:龙游石窟大型古地下建筑群是人类文明历史中的瑰宝,自1992年被发现便引起世界范围内专家学者的广泛关注。自其被发现20余年以来,已经被开发对外开放旅游的1-5#洞在自然风化和人为干扰的共同作用下,发生了一系列的破坏,龙游县地方相关单位已经开展了保护和修复工作。但由于龙游石窟地下古建筑群其建筑规模大,外部影响因素复杂,给研究和保护工作带来了重重的困难。为了更好的保护这一人类文明历史遗产中的瑰宝,也为其他古地下空间工程的开发和保护提供参考,本文从探讨石窟的破坏机理为出发点,选择龙游石窟5#洞为研究对象,从VR技术和数值计算入手,建立了龙游石窟5#洞虚拟仿真模型并采用RFPA离心加载方法和RFPA湿度版软件分别分析洞室结构的稳定性以及环境湿度变化对洞室稳定性的影响,取得研究成果如下。基于VR技术,将古老的洞窟与先进的科技手段相结合,建立了龙游石窟5#洞虚拟仿真系统,以求减少游人以及外界环境对石窟的影响。运用CentrifugeRFPA-软件模拟了龙游石窟5#洞在离心加载条件下,洞室结构从出现应力集中区到裂纹出现、扩展及贯通的过程,揭示了洞室破坏失稳的全过程,得到洞室结构的安全系数为6.5。研究表明,在离心加载过程中,三根岩柱对洞室顶板起支撑作用;洞室顶板上的裂缝和岩柱上的裂缝同步产生;三根岩柱中,靠近洞口区域的顶板上最先萌生裂缝,靠近洞口的第一根岩柱同步产生裂缝,岩柱与其上方区域的顶板同时发生破坏,其中岩柱是压剪破坏,顶板则是围绕三根柱子在张拉力作用下发生楔形体破坏,该结果与现场调查现象一致。在离心加载过程中,3根岩柱在同一步发生破坏,经步中步显示其中5-1#岩柱首先在柱脚位置发生压剪破坏,其次是5-2#岩柱在柱顶位置发生压剪破坏,最后是5-3#岩柱在柱脚位置发生压剪破坏。在离心加载过程中,5-2#岩柱破坏前所受的极限压应力最大,5-3#岩柱次之,5-1#岩柱最小(故5-1#岩柱应重点监测保护)。对三根岩柱的支撑作用进行评价,发现5-2#岩柱的支撑作用最明显,5-3#岩柱次之,5-1#岩柱的支撑作用最小。采用RFPA2D湿度版软件分析环境湿度变化对洞室结构稳定性的影响。当洞室围岩湿度高于洞室内部环境的湿度时,水份会从高湿度向低湿度扩散,即洞室围岩内的水份向室内环境中扩散,造成围岩结构内部水份损失,产生干缩效应;当洞室内部环境的湿度高于洞室围岩湿度时,洞室内环境中的水份则向结构内部扩散,构成洞室围岩的粉质砂岩内含蒙脱石的吸水膨胀作用,如此反复的膨胀和干缩过程给结构表面的应力状态带来显著的影响,从而产生裂缝,严重影响洞室的完整性和稳定性,并加剧风化现象。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:K879.2;TU-87

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