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原标题:美高梅官方网站9844潮湿际遇下考古现场土遗址珍惜探寻性研讨,前年国家科学技术进步中二年级等奖项目

浏览次数:187 时间:2019-11-07

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基本信息:

2018年1月8日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂举行。党和国家领导人习近平、李克强、张高丽、王沪宁出席大会并为获奖代表颁奖。由敦煌研究院联合兰州大学、西北大学、中国文化遗产研究院和敦煌研究院文物保护技术服务中心共同完成的“干旱环境下土遗址保护关键技术研发与应用”获2017年度国家科学技术进步二等奖。本周刊重点介绍,与大家分享成果。

作者:王旭东 郭青林  谌文武  张虎元 孙满利 张明泉 王思敬 周双林 张秉坚 著

土遗址是我国不可移动文物中最重要的遗存之一,主要保存于西北地区和丝绸之路沿线,在时空上具有历史跨度大、分布范围广等特点,如长城、玉门关、交河故城、西夏陵、元上都等。土遗址是中华民族生生不息发展壮大的实物标本,是传承和弘扬中华传统文化的历史根脉,是中西文化交流与融合的重要历史见证,是实现“一带一路”的桥梁和纽带。土遗址长期遭受风蚀、雨蚀、冻融、地震等多种自然营力作用和人类活动影响,出现了坍塌、掏蚀、开裂、表面风化剥离等多种病害。世界范围内的土遗址保护缺乏学术框架和技术体系,探索既能保持其原状和全部信息、又能防止结构性破坏、提高抗风化能力的保护技术与装备,是保护工作面临的巨大挑战。

出版社:科学出版社 

自1992年以来,为配合抢救性保护重要古迹遗址的国家任务,以敦煌研究院为代表的研究团队,联合国内多所高等院校和科研院所,经过20多年坚持不懈的努力,形成了我国干旱环境下土遗址保护基础理论,发明了系列保护加固材料,研发了成套保护专用技术和装备,实现了保护的科学化和规范化,成功保护了我国一大批具有重要价值的土遗址,培养和支撑了多支活跃于我国土遗址保护领域的专业技术研发和工程实践队伍,充分发挥了示范和引领作用,逐步形成了具有一定规模的土遗址保护行业。

出版时间:2015年10月 

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版 次:1

土遗址的主要病害

印刷时间:2015年10月 

项目的主要科技创新

印 次:1

1.形成了干旱环境土遗址保护基础理论

ISBN:9787030456632

项目首次给出了土遗址保护的术语体系和科学内涵,揭示了多场耦合作用下土遗址病害的形成机理与演化模式,建立了包括现状评估、保护材料与工艺筛选、效果评价等内容的测试检测方法,系统制订了科学的土遗址保护工作程序和勘察、设计、试验的技术标准规范。

 

(1)首次给出了土遗址保护领域的术语体系和科学内涵,提出了病害分类评估体系和方法。

内容简介;

科技名词术语的规范化是国家科技发展和文化传承的一项系统性工程。文物保护属自然和人文交叉的综合应用学科,从不同专业借用的相关名词和术语很不统一,严重制约着土遗址保护行业发展和学科构建。研发团队通过对全国土遗址系统调查,以专著和标准的形式,首次给出了土遗址保护领域的术语体系和科学内涵。

  土遗址保护,尤其是潮湿环境下土遗址的保护一直是文物保护中困难的课题之一。《潮湿环境下考古现场土遗址保护探索性研究》针对我国潮湿环境土遗址面临的问题,主要开展了潮湿环境土遗址保护理念、潮湿环境土遗址特征、史前土遗址建造工艺、病害分类与病害机理、土遗址保护加固材料与保护效果评估、考古现场土遗址力学稳定性与控制技术等方面的研究,在潮湿环境土遗址保护理念、界定方法、病害分类方法及理化数据库研发、多因子耦合病害机理揭示、保护加固材料和现场施工工艺研发、加固效果的无损评价方法和手段、力学稳定性与控制技术等研究内容方面取得了一定突破,实质性推进了我国潮湿环境土遗址保护的研究工作。

采用致病因素、表现形式、形成机理三级分类标准,将土遗址病害总结归纳为2类7亚类19种,科学界定了不同类型病害特征及表现形式,提出了病害图示方法,形成了土遗址病害调查与现状图绘制方法,实现了土遗址保护工程勘察设计的标准化。基于层次分类评价和模糊数学原理,将地质灾害和遗址病害风险作为土遗址现状评估顶层架构。地质灾害借助岩土工程和地质工程的成熟理论和方法进行风险评估。引入风化率、风险等级等指标预测遗址病害发展趋势,得出科学的评估结论和保护对策。

 

(2)揭示了多场耦合作用下土遗址病害的形成机理与演化模式。

目录  

土遗址保护技术难以突破的关键是病害机理不够清楚。通过对干旱环境土遗址的病害调查和试验,从温度场-水盐场-气流场耦合的角度,深入开展了土遗址干湿循环和冻融循环下的风蚀和雨蚀耐久性,土体结构劣化条件下的风蚀、雨蚀质量损耗,赋存环境对遗址体长期服役性能影响和评估,土遗址盐害类型与分布、表部聚盐机制和盐害阈值,遗址结皮类型成因及演化模式等研究。首次从病害演化动力学角度,提出了土质文物老化劣化-损耗说、本体与环境因子相互作用概念模型,从土遗址材料功能退化的角度建立了土遗址劣化理论框架体系,揭示了病害发育机理与演化模式,为保护技术的研发提供了科学依据和理论支撑。

第一章潮湿环境考古现场土遗址的环境特征研究(1)
 1.1 考古现场土遗址潮湿环境特征研究(1)
  1.1.1 潮湿环境界定的意义(1)
  1.1.2 潮湿环境指标体系(2)
  1.1.3 土遗址保护中环境干湿度的评价方法与应用(11)
  1.1.4 潮湿考古现场土遗址环境特征(13)
 1.2 考古现场潮湿环境调查与监测(16)
  1.2.1 监测目的(16)
  1.2.2 调查与监测内容(16)
  1.2.3 调查与监测方法(16)
  1.2.4 监测数据分析评价(22)
 1.3 潮湿环境各种水体对考古现场土遗址的影响(41)
  1.3.1 大气降水对考古现场土遗址的影响(41)
  1.3.2 地表水对考古现场土遗址的影响(45)
  1.3.3 地下水对考古现场土遗址的影响(46)
 1.4 潮湿环境考古现场土遗址保护基本方法(49)
  1.4.1 建设防雨棚(49)
  1.4.2 修筑拦水堤(埂)与排水渠(50)
  1.4.3 修筑截渗墙(50)
  1.4.4 积水疏干(50)
  1.4.5 边坡支护(51)
  1.4.6 回填(51)
 1.5 小结(51)
第二章潮湿环境史前考古遗址建筑工艺研究(52)
 2.1 房屋建筑的建筑工艺(52)
  2.1.1 半地穴式(52)
  2.1.2 地面式(53)
  2.1.3 干栏式(53)
  2.1.4 高台式建筑(54)
  2.1.5 小结(54)
 2.2 史前城墙的建筑工艺(55)
  2.2.1 夯筑(55)
  2.2.2 堆筑(56)
  2.2.3 小结(57)
 2.3 小结(58)
第三章潮湿环境考古现场遗址病害分类研究(59)
 3.1 研究目的与意义(59)
 3.2 代表性遗址的主要病害调查与分析(60)
  3.2.1 元上都遗址(60)
  3.2.2 辽上京遗址(63)
  3.2.3 古城寨遗址(65)
  3.2.4 汉魏洛阳城遗址(67)
  3.2.5 楚皇城遗址(70)
  3.2.6 楚纪南城遗址(71)
  3.2.7 龙湾遗址(71)
  3.2.8 盘龙城遗址(72)
  3.2.9 天子驾六遗址(73)
  3.2.10 铜绿山古铜矿遗址(74)
  3.2.11 熊家冢遗址考古现场(76)
  3.2.12 良渚遗址考古发掘现场(77)
  3.2.13 茅山遗址考古现场(84)
  3.2.14 玉家山遗址考古发掘现场(86)
  3.2.15 草王嘴故城遗址(88)
  3.2.16 楚郢城遗址(89)
  3.2.17 魏长城遗址(90)
  3.2.18 神禾园遗址(92)
  3.2.19 病害统计分析(92)
 3.3 土遗址病害分类(97)
  3.3.1 自然破坏(Ⅰ)(97)
  3.3.2 人为破坏(Ⅱ)(108)
 3.4 小结(109)
第四章潮湿环境下考古现场土遗址病害机理研究(110)
 4.1 潮湿环境下遗址土体理化性质测试(111)
  4.1.1 土的基本物理性质(111)
  4.1.2 土的水理性质(116)
  4.1.3 土的力学特性(119)
  4.1.4 各指标间的相关分析(119)
 4.2 良渚遗址土基本物理化学性质测试(120)
  4.2.1 含水率测定(120)
  4.2.2 密度测定(121)
  4.2.3 土粒比重测试(121)
  4.2.4 界限含水率测试(122)
  4.2.5 可溶盐化学成分分析测试(123)
  4.2.6 热传导性能试验(125)
 4.3 良渚遗址现场无损探测(127)
  4.3.1 时域反射监测报告(127)
  4.3.2 地质雷达探测(129)
  4.3.3 电法(140)
 4.4 良渚遗址土的水-热-变形耦合模型(145)
  4.4.1 良渚遗址主要病害类型(145)
  4.4.2 水-热对土的物理力学性质的影响(149)
  4.4.3 水-热-体变耦合模型分析(156)
 4.5 潮湿土遗址水-热耦合作用试验研究(164)
  4.5.1 水-热耦合作用研究(165)
  4.5.2 水-热耦合作用试验方案(165)
  4.5.3 水-热耦合作用试验仪器(167)
  4.5.4 试验结果与分析(169)
 4.6 病害形成机理(175)
  4.6.1 土的因素(175)
  4.6.2 外界环境(176)
 4.7 小结(178)
第五章考古现场土遗址保护加固材料和现场施工工艺研发(180)
 5.1 潮湿地区土遗址PS 渗透加固潜力研究(180)
  5.1.1 试验研究内容(181)
  5.1.2 试验采用的技术路线(182)
  5.1.3 潮湿环境遗址土基本性质及试样制备(182)
  5.1.4 PS 渗透加固试验(185)
  5.1.5 加固前后非饱和直剪试验(195)
  5.1.6 加固前后非饱和固结试验(221)
  5.1.7 压汞试验(228)
  5.1.8 黏土矿物分析(241)
  5.1.9 X 衍射试验(244)
  5.1.10 X 射线荧光分析(245)
  5.1.11 扫描电镜试验(246)
  5.1.12 小结和建议(267)
 5.2 桐油石灰加固土研究(268)
  5.2.1 加固材料的选取原则(269)
  5.2.2 选择依据(270)
  5.2.3 碳化材料的选取(271)
  5.2.4 加固土试验研究(277)
  5.2.5 遗址土和加固土的斥水性研究(299)
  5.2.6 浸水稳定性分析(305)
  5.2.7 遗址土和加固土毛细水上升特性分析(308)
  5.2.8 小结(327)
 5.3纳米水硬性钙硅铝无机醇分散加固剂和亲水性高拉伸硅材料乳液加固材料研究(328)
  5.3.1 概述(328)
  5.3.2 陈化石灰-醇分散潮湿土遗址加固剂的探索性研究(329)
  5.3.3 二次生石灰-醇分散潮湿土遗址加固剂的探索性研究(333)
  5.3.4 石灰基液态水硬性加固剂用于潮湿土体的加固探讨(337)
  5.3.5 亲水性高拉伸有机/无机硅材料乳液加固土遗址的探索性研究(348)
  5.3.6 现场加固试验(356)
 5.4 非水分散体加固遗址土研究(359)
  5.4.1 丙烯酸树脂非水材料深入研究(359)
  5.4.2 新型非水材料的制备和性能研究(365)
  5.4.3 非水材料分散液性能检测(369)
  5.4.4 非水分散膜的性能检测(371)
  5.4.5 非水材料对土的渗透性能和固化(375)
  5.4.6 非水材料对土的固结的检验(377)
  5.4.7 非水材料对湿土固结的检验(385)
  5.4.8 保护材料现场试验(388)
  5.4.9 新型非水保护材料良渚遗址现场试验(389)
  5.4.10 潮湿环境土遗址保护的其他试验研究(394)
 5.5 桥式聚倍半硅氧烷遗址加固材料的设计及合成(403)
  5.5.1 研究目的(403)
  5.5.2 研究思路(404)
  5.5.3 室内测试(405)
  5.5.4 结果与讨论(408)
  5.5.5 现场试验(412)
 5.6 烧料姜石和烧阿嘎土加固材料研发与试验研究(413)
  5.6.1 研究内容、方法、技术路线及加固材料的物理化学性质(413)
  5.6.2 加固材料的制备(413)
  5.6.3 加固材料的物理化学性质(414)
  5.6.4 加固材料的基本物理力学性质(428)
  5.6.5 加固材料实验(440)
  5.6.6 结果及讨论(444)
 5.7 加固材料加固效果评价(446)
  5.7.1 热物理参数测定对土遗址保护现场加固效果的检验(446)
  5.7.2 红外热像对土遗址保护现场加固效果检验(457)
  5.7.3 电阻率测试(472)
  5.7.4 显微观察检测(482)
  5.7.5 亲水、憎水测试(487)
  5.7.6 保护加固材料综合评价(491)
 5.8 小结(494)
第六章考古现场土遗址力学稳定性与控制技术研究(496)
 6.1 史前遗址考古发掘(496)
  6.1.1 史前遗址考古(496)
  6.1.2 史前遗址发掘(497)
 6.2 考古现场遗址保护研究现状(498)
  6.2.1 基坑开挖、变形、破坏与支护(499)
  6.2.2 史前考古现场土遗址保护现状(508)
  6.2.3 考古发掘探方与基坑工程的差别(509)
 6.3 良渚遗址力学稳定性及控制技术研究(509)
  6.3.1 概述(509)
  6.3.2 工程地质条件(510)
  6.3.3 变形破坏特征(515)
  6.3.4 发育机理研究(527)
  6.3.5 治理方法(529)
  6.3.6 良渚遗址考古现场土遗址稳定性评价(530)
  6.3.7 裂隙注浆试验(536)
  6.3.8 砌筑支顶(540)
 6.4 小结(545)
第七章结论与展望(546)
 7.1 结论(546)
 7.2 展望(548)
参考文献(551)
后记(554)

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土遗址风蚀、雨蚀机理研究

在病害机理研究的基础上,通过探讨丝绸之路沿线区域气候、地形地貌和地质环境等自然因素时空分布特征和演化规律,深入研究了丝绸之路自然环境和灾害类型对古遗址可能造成的风险,揭示了环境要素与遗址保存之间的联系和作用过程,为丝绸之路沿线遗址保护提供了学术支撑。

(3)建立了包括现状评估、保护材料与工艺筛选、效果评价等内容的测试检测方法。

测试检测手段和方法的欠缺使土遗址保护研究难以深入。研发团队引入便携式显微镜、声波仪、面波仪、红外热像仪、高密度电阻率仪、TDR、微型硬度计等无损(微损)仪器设备,研发了定量表征土遗址风蚀、雨蚀、冻融和温湿循环特性的专用设备,以及微电极排和热传导测试装置,用于土遗址现状评估、保护材料与工艺筛选和效果评价,形成相关测试检测方法,拓宽了土遗址分析和测试手段,成果成功支撑了我国首部土遗址行业试验技术标准的编制。

(4)系统制订了土遗址科学的保护工作程序和勘察、设计、试验的技术标准规范。

面对国内外没有土遗址保护相关标准规范可借鉴的实际,研发团队通过总结土遗址保护研究与实践,首次完成了《土遗址保护勘察规范》《土遗址保护试验规范》《干燥类土遗址保护加固设计规范》等行业相关技术标准的编制,编著了我国首部岩土类遗址保护工程档案编写工具书,规范了我国土遗址保护与实践,确保了重大土遗址保护工程的成功实施,同时可为其它类型文物保护工程提供技术示范。

土遗址科学的保护工作程序和勘察、设计、试验的技术标准规范的建立,对我国干旱环境土遗址保护的科学化、规范化及推广应用意义重大。自国家古代壁画与土遗址保护工程技术研究中心成立以来,先后在宁夏、新疆、内蒙、西藏、河南、河北、山西七省(区)设立了技术推广工作站,通过共同开展需求分析,以技术研发指导工程实践,以工程实践反馈技术问题,通过多学科交叉和产学研结合,总结出了一套科学的土遗址保护程序和方法,构建了文物保护产学研链条式发展新模式。通过技术授权和技术指导,先后为11家文物保护工程勘察设计甲级资质、施工一级资质的企业提供了技术支撑,培养文物保护一线专业工匠1000多人,成果应用于113项全国重点文物保护工程,全面提升了我国土遗址保护的科技含量和整体水平。

2.发明了干旱环境土遗址系列保护加固材料

研发了以PS材料、水气两硬改性料礓石等为代表的系列无机保护加固材料,满足了土遗址保护最小干预、最大兼容和长期服役的特殊需求,解决了长期以来我国土遗址保护领域缺乏适宜材料的难题。

保护加固材料是制约土遗址保护技术发展的难点和瓶颈。土遗址的露天保存环境和文物特殊需求,决定了应首选与遗址土性及赋存环境兼容的加固材料。

(1)PS加固材料的研发。

针对干旱环境下土遗址风蚀、雨蚀病害,通过大量室内和现场试验,研发出了最佳模数3.8的PS防风化材料(高模数硅酸钾溶液)。研究证明,遗址土经PS材料加固后,土中的矿物变为晶体和非晶混合物,PS材料中的硅醇基与矿物羟基发生缩合反应,将松散颗粒粘结成较大团粒,在不减小遗址土体有效孔径和保持土体表面质感的同时,形成一种致密的网状结构,并通过化学键合作用形成整体联接,将遗址土的抗风化损耗能力提高6倍以上。引入非饱和土理论,首次确定遗址土在3%~9%含水率范围内渗透能力最强,25℃为最理想施工温度。通过PS材料入渗特性研究,量化了渗透深度,揭示了渗透加固机理,科学界定了PS材料加固干旱环境土遗址的适用范围,成功解决了长期困扰土遗址风蚀、雨蚀病害防治的难题。

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PS材料加固遗址土实验研究

(2)水气两硬改性料礓石等系列加固材料的研发。

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