超声CT技术在乾陵石刻风化状况调查中的应用_马宏林.pdf

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1、第27卷增刊文物保护与考古科学Vol．27，Suppl2015年9月SCIENCESOFCONSEＲVATIONANDAＲCHAEOLOGYSep，2015文章编号:1005-1538(2015)增刊-0064-07超声CT技术在乾陵石刻风化状况调查中的应用马宏林(砖石质文物保护国家文物局重点科研基地(陕西省文物保护研究院)，陕西西安710075)摘要:内部裂隙发育是威胁石质艺术珍品长远保存的最具破坏作用的病害类型，了解石刻的裂隙发育情况，尤其是其在石刻内部的发育情况，对研究制订石刻的保护措施有很大的指导意义和参考价值。为此，本研究应用了近年来在国际上发展起来的一种先进的

2、超声CT检测技术，对乾陵石刻内部裂隙发育进行了检测。本研究先通过实验室标准试块的检测研究:制作了直径约50cm的两个圆形及两个边长约50cm的石灰岩试样，并在试样上分别制作了直径5cm的圆孔5×15cm的方孔，使用ZBL-U520数字化非金属超声检测仪，用超声CT的方法对四个标准试样进行了检测，基本准确地检测到了缺陷的位置和大小。再利用超声CT的方法对乾陵石刻现场进行了检测，并与内窥镜检测结果对比，验证了超声CT结果的准确性。本研究结果将为乾陵石刻的保护修复提供可靠的依据。关键词:石刻;裂隙;超声;检测中图分类号:G262文献标识码:ADOI:10.16334/j.cnk

3、i.cn31-1652/k.2015.s1.010期性的热胀冷缩变化;或冬季冰劈、地衣根劈类裂隙0引言发育的初期，危害较小。裂隙发育情况的调查基本乾陵石刻病害调查表明:经过1300多年的自然可以由其宽度、长度、深度的测量来评估;风化及人为因素的影响，乾陵石刻已经遭受到了不2)石刻形成的较深裂隙，这类裂隙在不伴随同程度的侵蚀和破坏。石刻的裂隙风化带的存在开裂部分位移、缺失的情况下，一般裂缝开裂较小，(裂缝，开裂)是危及这批石质艺术珍品长远保存的约在0．2～0．5cm左右，但随着裂隙的发展，常常会最具破坏作用的病害类型。导致石刻开裂、断裂、破裂，危害较大。属于外力扰石刻的裂隙

4、基本可以分为浅表性的风化裂隙和动及岩石自身缺陷(岩脉、薄弱夹杂面的存在)、地发育较深的结构性裂隙两大类(图1)。这两种不同基不均匀沉降产生的。的裂隙，其形成的原因、导致的破坏情况也不尽相同。裂隙内部的发育情况非常复杂，了解石刻的裂1)浅表性裂隙(开裂)，基本位于石刻表层，这隙发育情况，尤其是其在石刻内部的发育情况，对研类裂隙开裂深度不大，很少超过1．5cm，且多呈上大究、制订乾陵石刻的保护措施有很大的指导意义和下小的“V”字形分布。属于户外环境暴晒、雨激;周参考价值经过调查研究。图1唐陵石刻发育的裂隙Fig．1CracksonsculpturesofQianMausole

5、um收稿日期:2014-10-24;修回日期:2015-04-29基金项目:国家文物局文物保护科学和技术研究课题资助(200219)作者简介:马宏林(1965—)，西安交通大学生物医学工程与仪器专业毕业，主要研究方向为砖石质文物保护、无损检测，E-mail:362203704@qq．com增刊马宏林:超声CT技术在乾陵石刻风化状况调查中的应用65观准确地判定隐患大小分布，是目前最为有效最为精1石刻风化状况的超声检测原理确的测试方法之一。S1～Sn为超声发射点，Ｒ11、由于石材与混凝土在结构和性质方面的相似Ｒ12…Ｒni、Ｒnj为各发射点对应的接收点。性，建筑行业混凝土的无

6、损检测原理可直接移植于石刻的无损检测。在石质文物保护的研究中，利用岩石与超声波波速及首波幅度之间的相关关系，可以非常便利地测量有关自然岩石晶间结合及其整体性能的有关情况，从而获得有关石质风化情况的信息，近年来随着超声波层析技术的不断发展和应用，更提供了探查和评估石刻裂隙内部发育情况的手段。石材风化后，其结晶体之间结构的松散和裂隙的存在，会降低超声波在石材内部的传播速度，会使接收波的首波幅度有一定的降低，同时也会使得接收波的波形产生畸变，直接反映就是使接收波的频谱发生离散。利用合理的观测系统，通过对超声波速、首波幅度及接收波频谱的分析，即可对石材的风图2超声波CT成像原理图

7、化程度、内部的裂隙走向和位置进行科学的评估。Fig．2PrincipleofultrasonicCT国际上常用表1给出的被测岩石与同材质新在超声CT检测时，设在成像剖面内共测有N鲜岩石的超声纵波波速比Vi/V0做为评价石质文条射线，首先根据测试精度把剖面分为M个单元物风化程度的依据，这与《岩土工程勘察规范》(网格)(图2)，以射线理论为基础的成像方法归结(GB50021-2001)中岩石完整性分类表基本一致。为求解如下方程:根据超声波速判断整体风化程度，以新鲜岩石él11l12…l1MùéS1ùét1ù的超声波速为V0，实测声