摘要
阿尔寨石窟是我国长城以北草原地区时代最为悠久的佛教石窟遗迹，是一处集草原文化、佛教密宗文化、蒙古族文化为一体的石窟建筑。历经千年的风化作用，阿尔寨石窟的保存保护面临严峻挑战。鉴于目前石窟文物风化机理的主要研究方向，本研究基于现场调查、室内测试分析结果，分别设置了盐循环、干湿循环、冻融循环三组室内单因子风化模拟试验，从宏观变形、物理性质、细观和微观结构变化以及矿物成分等多角度对风化过程中各指标研究石窟表层砂岩风化机理。主要研究结论如下： （1）内蒙古阿尔寨石窟位于鄂尔多斯盆地的中西部，石窟区域属于构造剥蚀低缓的丘陵地貌，主要出露白垩纪的含砾砂岩、晚更新世的残坡积土和风积物。而阿尔寨石窟主要开凿于白垩纪的砂岩。石窟区域属于温带大陆性季风气候，常年干燥，夏季降雨集中，冬季寒冷漫长。该区域内地下水含量最高的阳离子为Na+，含量最高的阴离子为SO42-。 （2）阿尔寨石窟主要发育的病害有坍塌、边坡岩体失稳、裂隙、风沙掩埋、酥碱、粉化剥落、孔洞状风化等。其中裂隙、泛盐酥碱和孔洞状风化极为发育，且威胁大。现场调查发现石窟岩体的裂隙发育，深厚的风化层与石窟区域内易溶盐离子、地下水和季节性降雨有密切联系；同时昼夜温差、季节性的干湿和冻融对病害发育起到了显著作用。 （3）阿尔寨石窟现存砂岩性质较为稳定，风化主要源于盐分富集发生酥碱；地层有明显的沉积韵律，差异风化现象明显。二者导致砂岩在受风化因子影响的响应机制和劣化程度不同。也是石窟寺各地层间、层内出现明显差异风化的原因。 （4）室内劣化模拟试验表明，砂岩试样风化速率盐循环＞冻融循环＞干湿循环，试样的表观风化特征具有一致性，其中A组（具水平层理）砂岩劣化模式主要为顺水平层理方向裂隙发育，并在裂隙出现后迅速扩展，试块被切割成薄片状，而后薄片由外及内的粉化剥落，砂岩切割成更薄片状块体；B组（无层理）和C组（具沉积韵律）砂岩主要破坏模式主要为顺沉积韵律的裂隙发育和由外向内的粉化剥落。 （5）三组砂岩在60次干湿循环后，质量损失率均在1%左右，表现出较强耐水性能；而60次冻融循环后，砂岩质量损失率在1%-3%，较干湿循环有小幅度提高，质量损失率较低，整体抗冻性较好；盐循环过程风化速率最大，并且盐溶液浓度越高，质量损失曲线越陡峭，当盐溶液浓度低于50.0g/L时，质量损失趋近直线增长。 （6）在盐循环、冻融循环、干湿循环过程中，物理破坏仍是砂岩劣化的主要原因。矿物颗粒受到盐结晶、水分冻结溶解、水分迁移的影响产生拉压应力使孔隙间胶结物破碎流失，最终导致砂岩微观结构破坏。在盐循环过程中，矿物表现为泥质和钙质胶结物、填隙物的流失，石英和长石的相对富集。同时砂岩孔隙的孔径从中孔（1-10μm）、小孔（0.1-1μm）、微孔（0.01~0.1μm）向大孔（10-100μm）和超大孔（＞100μm）扩展。
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