岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (S1): 561-571.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0936

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北石窟寺平顶窟顶板稳定性评价与黏结补强有效性研究

裴强强1, 2, 3, 4，刘鸿1, 3, 4，崔惠萍1，白玉书2，王彦武1, 3, 4，韩增阳1   

  1. 1. 敦煌研究院，甘肃 敦煌 736200；2. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050；3. 甘肃省敦煌文物保护研究中心，甘肃 敦煌 736200；4. 国家古代壁画与土遗址保护工程技术研究中心，甘肃 敦煌 736200；
  • 收稿日期:2022-06-20 接受日期:2022-12-11 出版日期:2023-11-16 发布日期:2023-11-19
  • 通讯作者: 刘鸿，男，1992年生，硕士，助理馆员，从事石窟寺与土遗址保护研究工作。E-mail：1059601195@qq.com E-mail:peiqiangq@163.com
  • 作者简介:裴强强，男，1981年生，博士，研究员，博士生导师，从事石窟寺、建筑和土遗址保护研究工作。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划课题（No. 2019YFC1520604）。

Stability evaluation of the roof of the flat-roof caves and the analysis of the effectiveness of bonding and reinforcement in North Grottoes

PEI Qiang-qiang1, 2, 3, 4, LIU Hong1, 3, 4, CUI Hui-ping1, BAI Yu-shu2, WANG Yan-wu1, 3, 4, HAN Zeng-yang1   

  1. 1. Dunhuang Academy, Dunhuang, Gansu 736200, China; 2. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050，China; 3. Key Laboratory of Conservation and Research for Ancient Murals and Earthen Heritage Sites of Gansu Province, Dunhuang, Gansu 736200, China; 4. Research Center for Conservation of Cultural Relics of Dunhuang, Dunhuang, Gansu 736200, China
  • Received:2022-06-20 Accepted:2022-12-11 Online:2023-11-16 Published:2023-11-19
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Plan of China(2019YFC520604).

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摘要： 顶板岩体层间开裂、崩落是砂岩石窟平顶窟顶板结构失稳的主要病害之一。调查北石窟寺平顶窟顶板发现，地层岩性、岩体层间抗拉强度、剥离体厚度、开口宽度及剥离体与基岩体连通率是影响开裂体稳定性的主要因素。为有效提高平顶板安全储备，增强平顶窟顶板的整体稳定性，根据现场调查和定量计算分析，将顶板开裂岩体划分为低风险、中风险、高风险、极高风险4个等级，抽象简化为“悬臂式折断破坏”和“重力式坠落破坏”两种主要破坏方式，并提出针对北石窟寺顶板开裂岩体稳定性评价的定量计算公式。通过北石窟寺现场注浆黏结试验发现，填充浆液面积覆盖率一般为40%～60%，对剥离体厚度不大于11.4 cm的裂隙岩石进行黏结加固可取得较为理想的效果，考虑8度抗震设防，其有效黏结厚度不大于10.89 cm。

关键词: 北石窟寺, 平顶窟, 稳定性, 风险等级, 黏结

Abstract: The interlayer cracking and collapse of the roof rock mass is one of the main diseases that cause the structural instability of the roof of flat-top caves in sandstone caves. Investigation on the flat roof caves in Northern Grottoes shows that lithology, tensile strength between rock layers, thickness of stripped body, opening width and connectivity rate between stripped body and bedrock are the main factors affecting the stability of cracking body. In order to effectively improve the safety reserve of the flat roof and enhance the overall stability of the roof, according to on-site investigation and quantitative calculation and analysis, the roof cracked rock mass is divided into four levels: low risk, medium risk, high risk and extremely high risk. According to the force characteristics and deformation failure mode, the roof cracked rock mass is simplified into two main failure modes: “cantilever fracture failure” and “falling failure”. Through the on-site grouting bonding test of the North Grottoes, it is found that the area coverage of the filling slurry is generally from 40% to 60%, and the bonding and reinforcement of the cracked rock with a thickness of no more than 11.4 cm can achieve ideal results. Considering of 8 degree for earthquake fortification intensity, the effective bonding thickness is not more than 10.89 cm.

Key words: North Grottoes, flat roof caves, stability, risk level, bonding

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