第窟顶板稳定性分析

10.2　第3窟顶板稳定性分析

据考古资料显示，第3窟为云冈石窟开凿的第一个洞窟，主要特点如下：①规模巨大，为云冈石窟尺寸最大的洞窟，特别是没有中心塔柱的大跨度顶板尺寸是云冈石窟洞窟结构中少有的；②在地质结构上，第3窟的地层条件最复杂，云冈石窟所有的地层在该处均有出露；③从洞窟破坏历史上看，洞窟顶板长期渗水、不断坍塌，是一个在文化历史时期阶段性不断发生顶板坠落破坏的洞窟。

构成该窟顶板的一套岩层为含泥砂岩、砂质泥岩为主的第6层，该层强度很低。其下为洞窟开挖后残留的一个薄层砂岩（第5层），难以构成顶板受力构件。洞窟上部山体的自重，导致顶板残留的第5层砂岩与其上的第6层不断出现破坏。其次，该层相对滞水，山体裂隙渗水在该层蓄积，一方面导致岩体自重增加，荷载加剧；另一方面大量积水加速了岩石的风化，这是该窟破坏的主要原因。图10.2为第3窟典型破坏模式的示意图。

图10.2　第3窟典型破坏模式

根据现场调查，将第3窟窟顶分成3个亚区，分别为：西前室顶板、东前室顶板和后室顶板（图10.3）。第一亚区：西前室顶板。该区掉块严重，有3处大型掉块区。现场调查在该区没有发现危岩体，目前该区的窟顶处于稳定状态。第二亚区：东前室顶板。该区在20世纪70年代修补过。现场调查发现，该区目前发育7个危岩体（表10.1）。该区的大部分危岩体较稳定，少数稳定性较差，若不加治理，可能发生坠落失稳。第三亚区：后室顶板。该区一共分为3部分：后室西侧、后室中部和后室东侧。其中，后室西侧和中部顶板的裂隙较发育，受裂隙切割窟顶形成危岩体，稳定性较差。现场调查该区共有42个危岩体（表10.2）。

表10.1　第3窟东前室顶板危岩体几何特征统计表

表10.2　第3窟后室顶板危岩体几何特征统计表

续表10.2

此次现场调查发现第三分区顶板上分布的裂隙有96条，发育的大小危岩体共有49处。第3窟顶板裂隙主要为卸荷、张拉形成，其走向与洞窟形制密切相关，并受崖壁卸荷作用控制。图10.4为第3窟顶板裂隙分布的走向玫瑰花图。

危岩体的破坏模式以坠落滑塌式和悬臂式为主。前室历史坍塌严重，形成孤立危岩体，大部分危岩以坠落式破坏为主。后室跨度大，岩体以弯折破坏为主，现残留的顶板岩体形成大量悬臂式破坏的危岩。

第3窟的窟顶坍塌主要和局部地层组合、窟型及裂隙发育有直接关系。特别是第3窟顶板泥质砂岩的强度低，是导致窟顶破坏的重要因素。因此对于第3窟顶板应进行综合治理。

具体加固措施如下。

图10.4　第3窟顶板裂隙分布走向玫瑰花图

（1）首先，对第3窟顶部及前室顶板进行防渗治理。该窟顶板为泥岩、泥质砂岩，遇水软化严重，且容易在窟顶滞水、造成膨胀挤压变形。因此，防渗处理是第3窟的首要问题。

（2）其次，可顺坍塌顶板掉块区的边沿设置暗梁，改善顶板岩体的受荷状态。岩体破坏具有继承性，通过在破坏顶板外侧设置梁，对顶板岩体进行支撑保护，可改善残存顶部岩体的受力状况。

（3）最后，采用锚杆及灌浆措施对危岩体进行加固。