摘要：由于石窟岩体结构复杂以及岩体应力持续性变化，环境因素作用诱发的石窟岩体风化破坏、材质劣化、强度降低等影响，云冈西部洞窟存在着顶板岩体开裂、危岩体掉块、风化裂隙、渗水等多种共生病害，近年来这些病害有发展加剧的趋势，严重威胁着石窟岩体、石雕造像及游客的人身安全，保护工作迫在眉睫。
关键词：洞窟；危岩体；水平层理；锚杆锚固
1 前 言
云冈石窟位于山西省大同市城西16公里处的武州山南麓、十里河北岸，开凿于公元5世纪中叶的北魏时期，距今已有1500多年的历史。石窟依山开凿，东西绵延约1公里，开凿主要洞窟45座、附属洞窟209座，雕凿佛像现存59000余尊，石窟规模巨制，雕刻内容丰富多彩，造像艺术精美绝伦，堪称中国佛教艺术的巅峰之作，代表了公元5世纪雕刻艺术的最高水平。与敦煌莫高窟、洛阳龙门石窟并称为“中国古代三大石窟群”，具有极高的历史、艺术与科学价值。
经调查，21～30窟岩体存在的主要问题有：
1、第21～30窟崖壁岩体风化严重、裂隙纵横，常有碎石脱落，严重威胁游客和文物安全。2、第21～30窟崖顶护坡为第四纪黄土和碎石堆积，雨季常有碎石脱落，威胁游客人身安全。3、护坡上方约2m处为片石垒砌的排水沟渠，因年久失修，多处堵塞，开裂严重，且滋生大量杂草，是洞窟渗水的隐患。4、第21窟顶板裂隙发育，常有碎石脱落，前部已经坍塌，雨水可直接冲刷窟内雕像。
上述险情已经严重威胁到文物及游客的安全，开展第21～30窟系统、综合、详细的测绘、勘察、研究工作[1]，针对危岩体、风化、坍塌等病害，进行保护工作刻不容缓。
2 云冈石窟窟区自然与工程地质条件
2.1 气候环境及水文特征
云冈石窟所在地区为大陆性半干旱气候，多年平均气温7～10℃，1月最冷，月平均气温-11.4℃，7月最热，月平均气温23.1℃。年平均降水量423.8mm，雨季集中在7～9月，月最高降雨量达到100mm以上；年平均蒸发量1748mm，其中6月最大蒸发量为801.8mm，12月蒸发量为74.9mm。积雪在20mm左右，冻结期为10月下旬到次年4月，标准冻结深度1.5m，全年无霜期120天左右。
十里河为区内唯一较大的季节性河流，发源于左云县曹家堡北峰北麓，由西向东流经石窟西侧与南侧，向东10km在小站村附近注入大同平原，汇入桑干河，全长76km，汇水面积1210km2。云冈石窟窟底（高程在1136m以上）高于河水位10m以上。十里河常年径流均为南北两岸各支流、泉水、降水及矿坑排水补给，冬季冻结，河床冰封至次年3～4月方可解冻。十里河主流的流向基本与地层走向垂直，河水补给地下水。
2.2 地形地貌特征
在云冈石窟3.6km2的保护范围内，地貌类型较简单。按成因可分为两大单元：一为云冈顶部高台地和构造剥蚀低山丘陵，海拔高程为1163～1218m，地面坡角4～9°，比较平缓；二为十里河侵蚀堆积阶地，海拔高程为1124～1140m，河床两侧为河漫滩，一级阶地较发育，二、三级阶地只有部分残存。石窟开凿在基座阶地的砂岩透镜体中。
2.3 区域地质构造特征
本区位于云冈块坳北部云冈向斜中，主向斜轴呈北东40°左右，褶皱轴线长约40km，褶皱幅度宽约15～20km，其向斜北西翼宽缓，地层倾角平缓，一般在10°以下。在向斜的东及东南翼边缘，由于一系列断层影响，地层倾角较陡，直立甚至倒转，但离开断层带，往向斜轴部方向地层倾角很快变为10°以下。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在煤田内部，短轴的向背斜比较发育，但褶皱幅度不大，轴向多为NE向，两翼产状平缓，平均倾角约5～6°。
2.4 水文地质特征
石窟顶部及其以北地表大面积被含砾粉质砂土松散层覆盖，覆盖层厚度约3～5m。该地层中一般不含地下水。石窟以南十里河阶地、漫滩及河床由第四系冲洪积作用堆积的粉质砂土、砂砾石及卵石组成，厚11m左右。据1990年大同矿务局晋华宫矿地形地质图资料，十里河床中含孔隙水，静水位埋深0.65m，单位出水量2.59L/（s•m），富水性较好。2001年在吴官屯村南十里河转弯处左岸进行水源勘探时，发现该层已不含水。松散层下伏侏罗系云冈组砂岩、页岩，含水层为淡黄色、灰白色粗砂岩、细砂岩，与第四系松散层相接触的砂岩风化节理发育，岩石破碎，导致砂岩中含裂隙水，水位埋深11.30～24.40m，单位出水量0.026～0.374L/（s•m），富水性较差。
3 第21～30窟现存病害及其分析评估
3.1第21～30窟崖壁立面危岩体
第21～30窟崖壁下部为60～70年代修复的混凝土结构，上部岩体未开展过加固工作，由于长期经受风吹日晒雨淋而风化严重、裂隙纵横，切割形成多块楔形危岩体，主要存在29处危岩体、危石，块体松动、局部块体垮塌坠落，雨季常有碎石脱落，严重威胁游客和文物安全。根据现场调查可知，第21-30窟崖壁外立面岩体失稳主要为卸荷裂隙和层间裂隙切割及洞窟开挖形成临空面所导致，危岩体主要表现为块状、层状失稳，失稳方式主要为滑塌式，坠落式，崩落三类[2]。坠落式危岩的下部岩体多受结构面切割和下部软岩的快速风化而成空腔，残留岩体底部临空，岩体由于自重导致剪切破坏，与滑塌式危岩发生剪切破坏不同的是坠落式危岩下部不存在下部岩体所能提供的支撑，掉落极易伤害游客，因此必须进行加固处理。
3.2 第21窟顶板危岩体
经分析，洞窟顶板发育的层状危岩体失稳破坏主要基于以下因素：1、顶板所处岩层水平层理发育，顶板岩层上方存在泥岩层，易于风化，泥岩层风化后，导致顶板岩体悬空。2、洞窟顶板构造、卸荷等裂隙发育，洞窟开凿后期发育卸荷裂隙切割顶板岩体。上述因素导致石窟洞顶岩体破碎呈碎裂状结构，岩块仅在相互绞合力作用下处于临界稳定状态，时常发生洞窟顶板掉块。该类型危岩一旦受到外界动力干扰，洞窟岩体必将发生坍塌。顶板五处危岩体经现场监测仪器发现，裂缝仍呈现增大趋势，下部两处危岩体崩塌导致上部危岩体岌岌可危。
3.3 第21-30窟表面风化病害现状
由于石窟岩体长期暴露于自然环境中，受环境因素变化影响，窟区的风化病害是普遍存在的，石刻及岩石表面都不同程度的遭到破坏。从影响岩体风化因素划分，岩体风化一般可分为物理、化学及生物风化三种。现场调查发现，云冈石窟的岩体风化病害类型为物理、化学风化两种。
现场对第21-30窟窟区岩体风化病害进行调查并进行初步总结，砂岩岩体风化病害主要为粉末状风化、鳞片状风化、薄层状风化、片状风化。
4结论
1、对危岩体进行锚杆锚固灌浆处理，保证结构及本体的稳定[3]。
2、建议针对风化病害在现场选取几个点做不同材料不同配比下的防风化试验。
3、在施工过程中及施工后采取岩石变形及锚杆应力监测等手段，确保施工安全和质量。
参考文献：
[1] 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版）；
[2] 《建筑边坡工程技术规范》，（GB50330-2013）；
[3] 《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）。
论文作者:黄宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/11
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