蛇蟠島大型古地下工程洞室群科學技術問題研究（簡體書）

《蛇蟠島大型古地下工程洞室群科學技術問題研究(精)》論述了一座至少開鑿於南宋的大型古地下採石場洞室群的工程科學技術問題。其主要內容包括蛇蟠島大型古地下採石場洞室群的開鑿年代推測、工程地質條件評價、古洞室群圍岩長期強度的反分析、蛇蟠石的風化剝落速度、古洞室群的變形破壞分析、洞室群在結構上的科學亮點及古人採用的治水技術、古人普遍採用的石板劈裂方法及其力學原理、蛇蟠島石文化的形成及其特色分析。有關研究成果不僅對工程地質學、岩石力學、地下建築學等現代科學的發展有所啟示，而且對現代重要地下工程的設計、施工和地質災害防治有一定的參考價值。

《蛇蟠島大型古地下工程洞室群科學技術問題研究(精)》可供從事岩石地下工程設計、施工、科研的工程技術人員和大專院校從事工程地質、岩石力學、地下建築、採礦和旅遊專業的師生參考。

序

前言

第1章 緒論

1.1 研究目的

1.2 研究現狀

1.2.1 中、小型古地下工程的研究現狀

1.2.2 大型古地下工程的研究現狀

1.3 蛇蟠島大型古地下採石場的概況

1.3.1 地理位置

1.3.2 古洞室群的分佈

1.3.3 氣候條件

1.4 蛇蟠島採石歷史的溯源

1.4.1 有關史料及實物考證

1.4.2 關於蛇蟠島採石年代的民間說法

1.4.3 關於蛇蟠島採石歷史的初步結論

1.4.4 關於南宋蛇蟠島採石發展歷史背景的推測

1.5 主要研究內容和研究方法

1.5.1 主要研究內容

1.5.2 研究方法

第2章 古洞室群分佈區的工程地質條件

2.1 區域地質

2.1.1 區域地質背景

2.1.2 斷裂特徵

2.2 蛇蟠島臨近地區的地質條件

2.2.1 地質條件概況

2.2.2 地震

2.3 研究區內的工程地質條件

2.3.1 地層岩性

2.3.2 地質構造

2.3.3 地表風化問題

2.3.4 水文地質條件

2.3.5 工程地質岩組的劃分

2.4 洞室圍岩的物理力學性質

2.5 洞室圍岩的岩體結構分類

2.5.1 穀德振岩體結構分類的簡述

2.5.2 蛇蟠島古洞室分佈區的岩體結構分類

第3章 古洞室群圍岩長期強度的反分析

3.1 研究目的

3.2 結構面長期抗剪強度的反分析

3.2.1 原理及方法步驟

3.2.2 反分析試驗現場的選定

3.2.3 四條結構面幾何條件的描述

3.2.4四條結構面長期抗剪強度反分析的實施方法及反分析結果

3.3 風化斷續結構面中岩橋長期抗拉強度的反分析

3.3.1 風化斷續結構面的實例及特點

3.3.2 風化斷續結構面塊體塌方發生機理分析

3.3.3 岩橋抗拉強度的反分析

3.3.4 分析與討論

3.3.5 風化斷續結構面對洞口邊坡穩定性的影響

第4章 蛇蟠石風化剝落速度的研究

4.1 研究意義及風化剝落速度的概念

4.1.1 研究意義

4.1.2 風化剝落速度概念的提出

4.2 蛇蟠石的主要風化類型

4.3 任家老屋蛇蟠石風化的實例研究

4.3.1 老屋的建造年代

4.3.2 老屋的主要組成部分及研究物件的確定

4.3.3 風化剝落厚度測定的原理和技術

4.3.4 任家老屋各石構件風化剝落厚度的測定及風化速度的估算

4.3.5 石構件風化剝落厚度、風化速度與環境因素的關係

4.4 凝灰岩包體的風化速度和風化率的研究

4.4.1 問題的提出

4.4.2 海盜酈景區石欄杆的分佈和編號

4.4.3 包體風化剝落厚度的測量

4.4.4 包體風化速度的估算

4.4.5 影響凝灰岩包體風化速度的主要因素

4.5 關於朝向與岩石風化速度關係的討論

第5章 清風洞和獅子洞兩個古洞室群的工程地質條件評價

5.1 清風洞古洞室群的地質條件評價及洞室穩定性分析

5.1.1 地層

5.1.2 構造

5.1.3 地表風化問題

5.1.4 清風洞景區的工程地質岩組劃分

5.1.5 有關岩石力學特性的主要研究成果

5.1.6 清風洞景區岩體結構分類

5.1.7 清風洞洞室群的圍岩整體穩定性的數值分析

5.1.8 局部穩定性評價和洞內潛在地質災害問題

5.1.9清風洞洞室群的穩定性評價

5.2 獅子洞古洞室群的地質條件

5.2.1 地層

5.2.2 構造

5.2.3 獅子洞圍岩變形破壞特點

5.2.4 兩處洞口邊坡的滾石問題

第6章 古地下工程洞室群在結構上的科學亮點

6.1 規模宏大的古地下採石場洞室群

6.2 帶頂洞口的穹形洞結構

6.3 牆腳擴大結構

6.4 牆夾斷層結構

6.5 淺埋洞室

6.6 薄牆結構

6.6.1 現代地下工程薄牆及其他古代地下工程薄牆

6.6.2 蛇蟠島古地下洞室群中薄牆的實例

6.6.3 薄牆支頂曲牆的加固作用和分割空間的作用

第7章 景區間交通道陡坡的潛在地質災害及防治對策.

7.1 三岔路口西側陡坡A崩塌發生的原因及潛在地質災害的防治對策

7.1.1 陡坡A崩塌發生的原因分析

7.1.2 崩塌後陡坡A的處理方案

7.2 三岔路口東北側陡坡B的危險性分析及潛在地質災害的防治對策

7.2.1 陡坡B及其危岩體的現場調查

7.2.2 陡坡B上危岩體的危險性和地質災害發生可能性分析

7.2.3 陡坡B潛在地質災害的防治對策

7.3 關於獅子洞景區附近陡坡C的潛在地質災害及其防治對策

第8章 石板劈裂方法及其原理

8.1 水準式鑿孔裂石採石板方法及其特點

8.2 水準式鑿孔裂石採石板法的工具

8.3 水準式鑿孔裂石採石板法的實施步驟

8.4 所採石板的最大起伏差和厚度均勻度分析

8.4.1 石板表面的最大起伏差

8.4.2 不同層石板厚度的均勻度分析

8.5 水準式鑿孔裂石採石板法的力學解釋

8.5.1 理論基礎

8.5.2 1／4無限體在非頂點作用集中力P時的彈性應力解

8.5.3 分析與討論

8.6 古代工匠在採石時所顯示出科學思想和高超技術

第9章 古洞室群中的排堵水問題

9.1 關於古地下工程防水的概況

9.2 導水槽導水技術

9.3 鉛條堵水技術

9.3.1 用於節理裂隙堵水金屬條的首次發現

9.3.2 鉛條的調查

9.3.3 關於嵌入節理中鉛條用途的猜想

9.3.4 鉛條堵水技術使用年代和使用範圍的推測

9.3.5 蛇蟠島鉛條堵水技術使用的歷史背景問題

9.3.6 用鉛條堵水的物理力學條件分析

9.3.7 鉛條堵水技術的意義及對現代治水科學技術的啟發

9.4 潛龍洞古地下工程中3號洞所用的地下水防治系統

9.4.1 3號洞地下水防治系統的使用目的

9.4.2 3號洞地下水防治系統所包含的各項技術及其功能

9.5 對蛇蟠島古地下採石場中治水技術的評價

第10章 蛇蟠島石文化的形成及其特色分析

10.1 蛇蟠島石文化的提出及研究思路

10.2 蛇蟠島石文化中的體、源和點

10.2.1 蛇蟠島石文化的體

10.2.2 蛇蟠島石文化的源

10.2.3 蛇蟠島石文化的點

10.3 與岩礦有關的“藝術圖案及成因分析

10.3.1 驚現清風洞景區的“龍形天然“壁畫及其成因

10.3.2 關於岩面上出露的白色圓盤、圓環和圓珠的研究

10.3.3 其他由岩礦組合而形成的藝術圖案

10.4 古代採石場的殘缺之美

lO.4.1 棋盤格式地下採石場的殘缺之美

10.4.2 紫“天橋和“美人頭像等六處殘缺之美

10.5 三門石窗和台州古石窗

10.5.1 在蛇蟠島黃泥洞村找到的石窗實例1

10.5.2 來自臨海、仙居和天臺的五個石窗實例

10.6 蛇蟠島的現代雕刻藝術

10.6.1 名家書法石刻

10.6.2 雕刻於蛇蟠島上的其他現代石雕藝術

10.7 石洞居文化

參考文獻

後記

3）單洞跨度
為了研究蛇蟠島古地下工程的單洞跨度，作者分別對清風洞、獅子洞和海盜邨三個古洞室群的最大單洞跨度進行了測量。
清風洞古洞室群的1號洞和6號洞的跨度分別為42.0m和43.5m，而7號洞的跨度也達到33.8m。即使按照1號洞和7號洞兩墻（或柱）之間的最小寬度來計算，這兩個洞室的跨度也至少分別為25m和35m。海盜邨古洞室群的12號洞（也稱羊欄洞）為海盜邨古洞室群中最大的洞室。若取與12號洞主洞口走向大致平行的剖面所切洞室的寬度作為12號洞洞室的跨度，則此洞室的跨度可達55m。獅子洞古洞室群是由一個主洞室和七個小洞組成的古地下洞室群。若取與獅子洞主洞口的走向大致平行的剖面去切主洞室1號洞，則兩邊墻之間的距離約為60m，它可看作該洞室的跨度。另外，它也是獅子洞古洞室群中的最大跨度。
顯然，清風洞、海盜邨和獅子洞3個洞室群的跨度都超過了20m。滿足1.1節所給出的大型地下工程的跨度標準，所以它們都屬于大型地下工程洞室群。其中獅子洞古洞室群1號洞的最大跨度可達60m，為蛇蟠島各洞室跨度之最。
還需要說明的是，據現場考察，因古人開鑿石板而遺存的單個洞室（可稱為采石板洞室）的寬度一般都不超過20m，但現在所看到古洞室群中的個別洞室的跨度卻很大。這主要是因為古代的采石板洞室之間一般都是相通的，有的是被現代采石打通隔墻所致。這就是說洞室群中的某個洞室包含了多個采石板洞室。
6.2帶頂洞口的穹形洞結構
通過對蛇蟠島古地下采石場的考察，發現蛇蟠島古代工匠們的采石方式都是從山頂開口向下開鑿并形成洞室的。不妨將這種開采方式稱之為山頂洞口豎井式開采方法。另外，第8章將詳細論述石板的開鑿工藝及其中所蘊藏的科學思想。
至于具體開鑿方法，據考察古人一般在山頂上開鑿一個或兩個面積為2～4m2方形洞口。洞口開鑿的高度要大于2.4節提到的松散堆積層和中一厚層火山碎屑巖組的厚度，一般為2～6m，直至巨厚層火山碎屑巖組為止。然后，古人便順著洞口將巨厚層的凝灰巖石材一層一層鑿裂并采下來，再經必要的裁剪后便通過木梯、盤墻道等交通道由洞口運到洞外。隨著石板劈裂工作的繼續，洞室的深度增大，洞室水平截面的面積也越來越大。于是采石遺存下來的古洞室的形狀都是上小下大的穹形洞（或稱鐘形洞（71）），其邊墻都呈弧形，并被稱為曲墻。