摘要
墓陵石刻又称“石像生”，作为墓陵的主要构成要素之一，石像生不仅具有历史价值，在当代研究者看来更具艺术价值。目前尚存的石像生因自然侵蚀及人为破坏产生了各种病害，其中石像生倾斜是影响其整体稳定性最主要的病害之一。本文以北宋皇陵石像生为研究对象，针对石像生自重小、建筑面积小的特点，结合石像生目前本体风化严重、倾斜原因及传统圆形掏土孔的缺陷，提出椭圆掏土纠倾法，采取数值模拟和试验相结合的方法，开展石像生椭圆掏土纠倾研究，为北宋皇陵石像生纠倾工程设计提供理论支持。主要成果如下: (1)针对石像生的结构特点和传统圆形掏土孔的缺陷，提出椭圆掏土纠倾法。基于复变函数理论，求椭圆形掏土孔在上部荷载作用下孔周应力，分析了椭圆形掏土孔长短轴之比对掏土孔稳定性的影响。结果表明:随着椭圆形掏土孔长短轴之比的增加，掏土孔由稳定状态向不稳定态跨越。因此当上部荷载较小时，采用椭圆掏土纠倾，地基土体更易产生压缩变形，引起掏土侧基础沉降。 (2)利用有限元软件分析椭圆形掏土孔跨高比(1.25、1.5、1.75、2、2.25、2.5)、孔埋深(200mm、300mm、400mm、500mm)及孔间距(180mm、200mm、220mm、240mm、260mm、280mm)对石像生纠倾效果的影响。计算结果表明:当掏土孔埋深、孔间距及孔深不变时，掏土侧与非掏土侧沉降差随着掏土孔跨高比的增大而增大;当掏土孔跨高比、孔间距及孔深不变时，掏土孔埋深越浅掏土侧与非掏土侧沉降差越大;当掏土孔跨高比、孔埋深及孔深不变时，掏土侧与非掏土侧沉降差随着孔间距的增大而减少。 (3)由石像生椭圆掏土纠倾模型试验可知:上部结构物的沉降主要发生在掏土后的4～5个小时内，然后进入缓慢增长阶段，最后逐渐趋于稳定。试验过程中，掏土孔破坏属于塑性破坏，掏土孔的破坏先从孔两侧破坏，孔上部随即破坏，并且上部结构边缘处先破坏。 (4)根据石像生椭圆掏土纠倾试验结果分析可知，永昌陵西武官石像生采取孔埋深300mm，孔间距250mm，椭圆形掏土孔短轴b=80mm、长轴a=160mm的设计方案，可以达到设计迫降量，并且整个掏土纠倾过程可控、快速、精准。
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