摘要
贺兰口遗址区拥有世界上地理单元数量最大，最集中的岩画，其属于典型的室外不可移动石质文物，长期受水文环境、酸雨、气温等环境因素的反复作用，导致文物表面出现剥落、裂隙、坍塌等病害，造成文物价值的重大损失。目前学者们已经开展了大量研究，但是，在多个因素共同作用下文物载体和病害生成机理方面存在欠缺，为此，本文考虑文物本体、病害和环境间的耦合性，对贺兰口岩画载体岩石的劣化特征及文物病害机理进行研究。 首先，模拟文物赋存三种环境，开展冻融循环、三轴压缩等综合表征试验，分析了质量、孔隙率以及纵波波速的宏观劣化特性，研究了岩样强度劣化规律、破坏模式以及裂纹扩展时空演化规律，定义了基于弹性模量与AE累计振铃计数的损伤变量，建立了损伤本构方程。研究结果表明:试样质量、纵波波速、应力-应变整体特征、抗压强度随循环周期的增加呈现差异性衰减，孔隙率随循环周期的增加而增大，同时变化速率呈现两个阶段，循环周期为20时为显著拐点;破坏模式由剪切变为混合，破坏形式由脆性逐渐转向塑性;振铃计数与累计能量变化与应力应变过程有较好的对应关系;损伤本构方程得到的理论值与试验值吻合度高。其次，开展了X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对比表征试验，对比分析了不同循环周期下试样的矿物成分相对含量和微观结构变化，探讨了岩样内部矿物在不同环境浸泡下的化学反应和物质转化。研究结果表明:三组对照组循环前后，石英相对含量变化范围为7.5％～30％，黏土物质相对含量变化范围为15％～55％，方解石相对含量变化范围为5.6％～61％，长石类相对含量变化范围为22.7％～56％;岩样由结构密实、少量微小孔洞、裂隙、无脱落物变为结构疏松、孔洞发育明显、裂隙贯穿整个观测面、产生大量脱落物。最后，结合内因和外因，从微观、细观和宏观三个角度分析了剥落和裂隙两类典型病害的生成机制，并预测了遗址区6个岩画分布区的病害易产生位置及程度。研究结果表明:次生物质硬石膏和高岭石的生成是剥落和裂隙病害产生的内因，酸雨的溶蚀作用和温湿度的冲刷、侵蚀、软化及冻胀作用是剥落和裂隙病害产生的外因;水环境匮乏区易产生粉状和轻微片状剥落病害，水环境充裕区易产生裂隙、块状剥落及整片状坍塌病害。 本文研究实现了对贺兰口岩画文物载体和本体的科学认知，将对后续贺兰口岩画精准保护和修复提供一定的理论指导。
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