[发明专利]一种石质文物构件风化及安全等级定量评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及文物保护领域，具体地说是一种采用量化的方式评价石质文物构件风化等级和安全等级的方法。

背景技术

石质文物的风化和安全状况影响着文物的完整性、可观赏性和价值，并存在着文物和人身安全隐患，对其进行检测和评估可满足遗产管理部门、公众提出的要求，检测和评估成果可为后续保护工作提供可靠的依据。石质文物风化及安全程度评价的关键首先是采用无损检测手段对石质文物进行检测，其次是选择可行的、适宜的、准确的评价指标和评价方法。由于文物具有不可再生性，对其所进行的一切活动不能损坏文物，所以在检测手段上限于用无损或微损方法；此外，一方面由于构件风化类型和相应的物理性质对构件本身影响程度不同，由单一的物理性质指标难以全面评价出整个构件的风化和安全程度；另一方面，岩石的风化程度具有渐进变化的特征，各相邻风化程度之间的分界线比较模糊，以往以定性评价为主的方法不能准确评定相邻风化程度。为了解决上述问题，为石质文物评价提出了一种准确的评价方法，具有实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是研究一种能够准确、定量地评价出石质文物构件风化和安全等级的方法。

本发明石质文物构件风化和安全等级评定法，具体流程如图1，内容包括：根据文物保护原则，选取可以通过无损和微损检测得到，同时能反映岩石风化及安全特征的物理性质作为评价风化和安全状况的指标。选取的风化评价指标包括：表面整体状况，孔洞个数、直径，裂缝多少、粗细，表面酥粉质量，整体回弹强度；安全评价指标包括：超声波波速，裂缝沿线回弹强度，是否有荷载裂缝，裂缝宽度、个数、深度、长度，推算抗折强度。

(1)表面整体状况

岩石风化后，表面形貌会出现明显变化，如剥落、粉化、溶蚀作用导致雕刻花纹模糊，影响文物的整体观赏价值，甚至残缺。根据表面形貌的整体变化程度，可以粗略地判定构件的风化级别。

(2)孔洞个数、直径

成岩过程会形成微量的晶间孔、粒间孔、鸟眼孔等原生孔隙，在使用过程的长期外界介质作用下，岩石晶体和晶间孔经过溶蚀作用或重结晶形成大的孔洞，通过测量构件孔洞个数和直径，可以作为判定风化程度的一个依据。

(3)裂缝状况

一直以来，裂缝都是评价风化和安全状况的重要指标。岩石微观结构面指的是矿物颗粒内部或颗粒间的弱面或缺陷，包括矿物解理、晶格缺陷、粒间空隙、微裂缝、微层面等。宏观结构面则主要是岩体形成过程中的各种原生沉积结构面，主要是沉积建造阶段(沉积过程中、成岩作用结束前)形成的构造，包括层理面、岩层面、不整合面和软弱夹层。在风化介质的作用下，会在构件结构面处产生细小裂纹，裂纹发展逐渐形成裂缝，最后可能导致构件断裂破损。

(4)荷载裂缝

有些裂缝是在构件缺陷或纹理薄弱处产生，有些裂缝在构件受力集中处产生，前者对整体构件的安全影响较小，后者由于属于荷载裂缝，长期受到应力和风化的双重作用，很容易导致构件在裂缝处发生剪切断裂，对构件的安全影响很大。

(5)表面酥粉质量

岩石表面受到外界的风化作用最为直接，岩石很容易在光照、雨水和风力的作用下，表面出现粉化状况，可以用岩石表面酥粉质量作为判断风化程度的一项依据。

(6)回弹强度

回弹强度反映了构件表面的硬度和强度，研究发现岩石回弹值可以较好地综合反映岩性、岩石强度和风化程度，岩体表面越新鲜，回弹强度越大，表明岩体表面风化越轻微。裂缝沿线回弹强度反映裂缝的存在造成表面强度变化，作为安全评价的一个参数。

(7)超声波波速

岩石超声波测试技术通过检测超声波在岩体等固体介质中的声学参数的变化，间接地反映岩石的物理力学特性及内部结构特征。超声波在岩石中的传播速度反映了材料的弹性性质和内部构造的有关信息，不仅可以测量岩石的强度，而且可以反映岩石中有没有缺陷，假如测试的岩石中有微裂缝或者其他充填物，声波到达结构界面时，将产生反射、散射和绕射等作用，就会使波速大大降低。根据声速的变化特征，可以判别岩石试样的风化状况。

(8)抗折强度

构件风化导致构件整体抗折强度的下降，对于有荷载裂缝的构件，当裂缝处由于受力产生的折断强度大于构件自身所能承受的抗折强度时，就会导致构件断裂。

根据各个指标对风化和安全状况的影响程度，通过专家打分法确定权重值，下表为权重值的确定。