红外热成像温度变化过程及危岩体识别研究

8.2.3　红外热成像温度变化过程及危岩体识别研究

在初步分析监测结果的基础上，可以有选择性地对一些关键点（表8.3），采用一定间隔时间的红外记录进行温度变化过程分析。本次研究选择了7个关键点进行研究，如图8.3为各点温度变化过程曲线。具体位置见附图28。

表8.3　温度变化过程监测点

在这些监测点中，No.1岩体较厚，可以代表崖壁面完整部位的温度变化过程，该点温度受山体和外部环境的控制。从过程曲线可以看出（图8.3），该点起始温度最低波动幅度小于其余部位。No.2～No.4均为局部小型块状危岩体，No.5为窟门柱状危岩体的监测点。No.2～No.5的温度变化明显比No.1剧烈，反应了结构面对热传导贯通性的影响作用。No.6为混凝土修补体的温度变化曲线，No.7为黑色凝灰岩修补体监测点的温度。这两个点的起始温度均高于山体及破损岩体，特别是黑色凝灰岩修补体，温度变化最为迅速。

图8.3　各点温度变化过程曲线

将崖壁面最高温度与当日气温进行比较可以发现，即使是多云到阴天这种气候，崖壁表面受散射光照影响，也会吸热导致温度升高，出现岩石温度高于空气温度的现象。而黄昏，岩石温度降低速度快于空气温度，最终温度受山体年平均气温控制，出现红外监测温度低于空气温度的现象。

为了更清晰地比较不同危岩体的温度变化过程，将No.2、No.3、No.4和No.5的温度监测数据减去No.1（岩体表面）的温度数据，可以得到各点的相对温度变化曲线（图8.4）。从图8.4中可以看出以下两点。

图8.4　危岩体表面温度与山体温度差

（1）破损岩石的温度均高于相对完整部位的温度，高出约2℃～3℃。此次红外采集时，属于大气白天温度高于山体平均温度的季节。在炎热仲夏，这种差距应该更加明显。

（2）温度变化最为明显的为洞窟顶部窗门开裂体（No.5）。该处除了裂隙破坏切割外，周围没有山体，受山体温度缓冲作用弱，因此，温度波动幅度很大。其次为No.3，该处为一个被非常连续的构造裂隙切割形成的块状松动体，内部为第11窟，岩石开裂明显、稳定性低，温度变化基本反应了这一事实。No.2与No.4均为洞窟顶部边缘松动岩体，其波动幅度相对要低。

因此，从温度变化看，危岩体部位的温度变化非常明显且规律性强。另外，通过分析温度变化过程数据，对危岩体的规模及破坏程度可以有一个定性的判定。

另外，我们单独将混凝土修补体（No.6）及凝灰岩修补体（No.7）的温度与相对完整部位岩体（No.1）相减，并绘制图8.5。可以看出，修补体温度上升幅度明显大于危岩体，混凝土高于完整砂岩部位约2.7℃，而凝灰岩高于完整砂岩达5℃。因此，这一方面为通过温度变化识别修补体范围提供了条件，另外一方面反映在危岩体修补工程中，不同热力学性质的材料将在岩体中产生明显的差异性温度场及温度次生应力，对附近文物本体可能造成破坏。

图8.5　修补体表面温度与山体温度差

本次红外检测期间可以13：00为界，岩体表面在上午为一个升温过程，而下午为一个降温过程。15：00为温度降低过程中的一个温度场分布图，该温度数据比较明显地表示出了破损岩体的分布范围（附图29）。

为了更清楚地研究温度变化的空间分布，将不同时刻的温度影像数据进行照片加减运算。例如，将14：09的温度场数据分别与17：45的数据及8：22的数据进行减运算，得到温度变化影像分布图（附图30），图中的破损部位分布更加清晰。