基于RFPA與VR技術的龍游石窟5＃洞變形破壞機理與保護對策研究.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)便引起世界范圍內專家學者的廣泛關注。自其被發(fā)現(xiàn)20余年以來，已經被開發(fā)對外開放旅游的1-5＃洞在自然風化和人為干擾的共同作用下，發(fā)生了一系列的破壞，龍游縣地方相關單位已經開展了保護和修復工作。但由于龍游石窟地下古建筑群其建筑規(guī)模大，外部影響因素復雜，給研究和保護工作帶來了重重的困難。為了更好的保護這一人類文明歷史遺產中的瑰寶，也為其他古地下空間工程的開發(fā)和保護提供參考，本

2、文從探討石窟的破壞機理為出發(fā)點，選擇龍游石窟5#洞為研究對象，從VR技術和數值計算入手，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構的穩(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，將古老的洞窟與先進的科技手段相結合，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，洞室結構從出現(xiàn)應力集中區(qū)到裂紋出現(xiàn)、擴展及貫通的過程，揭示了洞室破壞失穩(wěn)的全過程，得到洞室結構的安全系數為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，該結果與現(xiàn)場調查現(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力最大，5-3#巖柱次之，5-1#巖柱最小（故5-1#巖柱應重點監(jiān)測保護）。對三根巖柱的支撐作用進行評價，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構穩(wěn)定性的影響。當洞室圍巖濕度高于洞室內部環(huán)境的濕度時，水份會從高濕度向低濕度擴散，即洞室圍巖內的水份向室內環(huán)境中擴散，造成圍巖結構內部水份損失，產生干縮效應；當洞室內部環(huán)境的濕度高于洞室圍巖濕度時，洞室內環(huán)境中的水份則向結構內部擴散，構成洞室圍巖的粉質砂巖內含蒙脫石的吸水膨脹作用，如此反復的膨脹和干縮過程給結構表面的應力狀態(tài)帶來顯著的影響，從而產生裂縫，嚴重影響洞室的完整性和穩(wěn)定性