多場耦合下巖土質(zhì)文物風(fēng)化機理試驗裝置研究

王旭東 郭青林 范宇權(quán) 楊善龍 張鵬

內(nèi)容摘要：巖土質(zhì)文物的破壞往往是多因素共同作用的結(jié)果，開展多場耦合下的巖土質(zhì)文物病害機理研究對于遺址的保護具有非常重要的意義。多場耦合條件下的環(huán)境模擬技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)測試領(lǐng)域，具有時間可控性、條件重復(fù)性和數(shù)據(jù)精確性等突出優(yōu)點。本研究基于其他行業(yè)的研究成果，首次研發(fā)了基于多場耦合下的石窟圍巖風(fēng)化機理模擬試驗系統(tǒng)裝置，通過對巖土質(zhì)文物模擬環(huán)境和測試技術(shù)的研究，確定了多場耦合實驗室的布局、功能、技術(shù)性能指標(biāo)，將為敦煌石窟圍巖風(fēng)化和壁畫鹽害機理研究乃至全國巖土質(zhì)文物保護研究提供高技術(shù)環(huán)境仿真試驗平臺，提升巖土質(zhì)文物風(fēng)化機理和保護材料性能評價的研究水平。

關(guān)鍵詞：石窟;圍巖風(fēng)化;多場耦合裝置;病害機理

中圖分類號：K854.3 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1000-4106（2015）05-0103-08

Multi-Field Coupling Equipment for Research on the Weathering Mechanism of Rock and Earthen Relics

WANG Xudong1，2，3 GUO Qinglin1，2，3 FAN Yuquan1，2，3

YANG Shanlong1，2，3 ZHANG Peng4

（1. Dunhuang Academy， Dunhuang， Gansu 736200;

2. National Research Center for Conservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites，

Dunhuang， Gansu 736200;

3. Key Laboratory of Gansu Province for the Conservation of Ancient Wall Paintings and Earthen Sites， Dunhuang， Gansu 736200;

4. Shanghai Satake Cool-Heat & Control Technique Co.， Ltd， Shanghai 200120）

Abstract： Most damage to rock and earthen relics is caused by the interaction of multiple environmental parameters， making the study of their deterioration mechanisms under multi-field coupling conditions very important. Artificial environment simulating techniques under multi-field coupling conditions have been extensively applied to scientific research and technical tests because of advantages such as time controllability， parameter repeatability， and data accuracy. Based on the multi-field coupling research in other fields， engineering equipment has been developed to study the weathering mechanism of rocks surrounding caves for the first time. By studying simulated environments and testing techniques for rock and earthen relics， the design， function and technical specifications of the equipment have been confirmed. This will provide a high-tech environment simulation platform for studying the weathering mechanism of the surrounding rocks and salt disruption of the wall paintings and evaluation materials of the Dunhuang caves and other rock and earthen relics in China， as well as promote research on the weathering mechanisms and evaluation materials of rock and earthen relics.

Keywords： caves; surrounding rock weathering; multi-field coupling equipment; deterioration mechanism

1 概 述

利用單一因素的環(huán)境模擬試驗，如溫度、濕度、沙塵、鹽霧、雨、風(fēng)、輻射等環(huán)境模擬試驗，易于找出單一環(huán)境因素對巖土質(zhì)文物的影響規(guī)律[1-6]。但隨著巖土質(zhì)文物保護研究和工程實踐的深入，人們逐步認(rèn)識到導(dǎo)致巖土質(zhì)文物的破壞與劣化往往都是多因素共同作用的結(jié)果，因此無法準(zhǔn)確地靠單一因素來解釋和模擬再現(xiàn)病害發(fā)生和發(fā)展的過程，甚至在機理研究過程中會出現(xiàn)前后矛盾的現(xiàn)象。這就需要我們將多個因子耦合來模擬和揭示其病害產(chǎn)生和破壞機理。目前，在巖土質(zhì)文物保護領(lǐng)域的一些病害模擬和病害機理研究多在溫濕度程控箱里開展，受箱內(nèi)體積的限制，樣品的尺寸均比較小，無法真實全面地反映環(huán)境對巖土質(zhì)文物的作用。而環(huán)境模擬技術(shù)和其他領(lǐng)域的多場耦合模擬研究的發(fā)展，為我們提供了解決問題的思路。巖土質(zhì)文物保護多場耦合試驗裝置正是基于以上背景而提出的。

環(huán)境模擬技術(shù)是各種自然環(huán)境的人工再現(xiàn)技術(shù)，是一門新的綜合性工程技術(shù)。環(huán)境模擬技術(shù)通過吸取制冷、真空、空調(diào)、加溫、自動控制和計量等領(lǐng)域的相關(guān)理論和方法，形成了獨立的技術(shù)理論體系。環(huán)境模擬技術(shù)于20世紀(jì)50年代開始于美國[7]，主要用于人工再現(xiàn)多種自然條件，對生物科學(xué)的研究起到了極大推動作用。該技術(shù)隨后廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，特別是在軍事工業(yè)領(lǐng)域得到了極大發(fā)展，如歐洲車輛研究中心的維也納國際車輛實驗站、美國空軍麥金利氣候?qū)嶒炇业萚8-9]，最具代表性的是美國生物圈2號工程，試圖模擬維持地球生命的自然環(huán)境，為人類探索太空，研究生命和環(huán)境的持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)[10]。自20世紀(jì)60年代起，中國也開始了環(huán)境模擬技術(shù)方面的研究，先后在生物科學(xué)、軍工設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等的研究和制造工作中應(yīng)用了環(huán)境模擬技術(shù)，自主生產(chǎn)了各類不同規(guī)模的環(huán)境模擬設(shè)備，建成了一些具有自己特色的環(huán)模設(shè)備[11-18]。不同的模擬環(huán)境需要不同的設(shè)備體系，目前主要的類型有地面環(huán)境模擬設(shè)備、空中環(huán)境模擬設(shè)備和空間環(huán)境模擬設(shè)備。環(huán)境模擬的發(fā)展方向是研發(fā)整機多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬設(shè)備和進行多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬試驗及人機系統(tǒng)綜合環(huán)境模擬試驗[19]。綜合環(huán)境模擬是指兩個以上環(huán)境參數(shù)同時作用的模擬試驗，可以真實地模擬試驗對象實際經(jīng)受、同時發(fā)生的環(huán)境，產(chǎn)生綜合的環(huán)境效應(yīng)，增加試驗的真實性和可靠性。該技術(shù)在科學(xué)研究中具有自然界無法實現(xiàn)的時間可控性、條件重復(fù)性和數(shù)據(jù)精確性等突出優(yōu)點。

在巖土工程學(xué)科領(lǐng)域，有關(guān)多場耦合的研究主要集中在以下幾點：探討巖土體滲流——應(yīng)力——溫度——溶質(zhì)運移兩兩之間相互作用及巖土體多相介質(zhì)多場耦合作用非線性動力學(xué)模型 [20-21];論述高放廢物深地質(zhì)處置多場耦合與核素遷移問題的特點[22];提出了工程地質(zhì)空間多場耦合構(gòu)模的總體研究框架和流程，開展了地質(zhì)體多場耦合模型在三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)的研究[23]。針對介質(zhì)的滲流、溫度、應(yīng)力和化學(xué)耦合作用機理已經(jīng)有了深入的研究，多場耦合技術(shù)在巖土介質(zhì)綜合分析和研究中發(fā)揮了重要的作用，廣泛應(yīng)用于石油開采、頁巖氣開發(fā)、凍土基礎(chǔ)穩(wěn)定性、地?zé)衢_發(fā)、地下工程分析等領(lǐng)域。

多場耦合條件下的環(huán)境模擬技術(shù)是綜合多種自然環(huán)境的人工再現(xiàn)試驗新技術(shù)，已經(jīng)在解決環(huán)境模擬和試驗理論及實踐中形成了獨立的技術(shù)理論體系，具有時間可控性、條件重復(fù)性和數(shù)據(jù)精確性等突出優(yōu)點。

2 多場耦合實驗室研發(fā)的目的和意義

以敦煌莫高窟為代表的敦煌石窟群壁畫和彩塑，具有極高的歷史、藝術(shù)及科學(xué)價值。長期受自然和人為因素的影響，這些珍貴的歷史文化遺產(chǎn)正遭受著諸多病害的侵襲，不斷地被破壞乃至最終消失。作為文物本體壁畫的鹽害問題以及載體砂礫巖體的風(fēng)化問題，成為目前威脅莫高窟長久保存的最直接的兩大因素。砂礫巖體的不斷風(fēng)化（圖1—2），直接威脅到石窟內(nèi)文物的安全，而與水鹽運移有關(guān)的壁畫鹽害對壁畫的破壞最為嚴(yán)重，被稱為壁畫的“癌癥”，要得到較好的修復(fù)，難度極大（圖3—4）。在我國西北干旱區(qū)露天保存的土遺址同樣也面臨著風(fēng)化和鹽害導(dǎo)致的破壞（圖5—6）。

壁畫鹽害和石窟圍巖風(fēng)化本質(zhì)上屬于一個正在進行的地球化學(xué)過程。石窟圍巖的風(fēng)化問題，主要是砂礫巖體中的膠結(jié)物在溫度和水鹽作用下導(dǎo)致的膠結(jié)作用失效[24-25]。近年來，對于石窟圍巖的加固技術(shù)和加固材料的研究均取得了較大進展，但對石窟圍巖風(fēng)化與環(huán)境因子方面的研究尚不夠深入，對于保護材料和加固方法的長期效果無法進行精確評估。室內(nèi)模擬試驗研究顯示，當(dāng)達到一定相對濕度時，存在于壁畫內(nèi)的鹽分就會發(fā)生潮解，向表面運移和富集，誘發(fā)壁畫病害的產(chǎn)生[26-28]。壁畫支撐體和地仗內(nèi)的可溶鹽在水或水汽的參與下，向壁畫表部運移而導(dǎo)致壁畫產(chǎn)生病害。從20世紀(jì)80年代末開始，敦煌研究院先后與蘭州大學(xué)、美國蓋蒂保護研究所和日本東京文化財研究所合作開展了大量有關(guān)莫高窟壁畫保護方面的研究，并在壁畫制作材料與工藝、環(huán)境監(jiān)測、病害調(diào)查、病害機理研究及保護程序方面取得了諸多研究成果，但對導(dǎo)致壁畫病害的水汽和鹽分來源研究不夠深入，尤其對導(dǎo)致鹽分運移的水汽來源的解釋存在較大爭議。針對鹽害，“十一五”國家支撐計劃課題“古代壁畫脫鹽關(guān)鍵技術(shù)研究”提出了可用于鹽害壁畫治理的脫鹽材料和方法，但只能對壁畫鹽害起到一定的緩解作用，并沒有從理論上解決鹽害產(chǎn)生的根本問題。因此，研究敦煌壁畫鹽害發(fā)生、發(fā)展的地球化學(xué)過程，以及壁畫的物理化學(xué)作用機理，對科學(xué)解釋石窟鹽害病害機理，進行預(yù)防性保護和病害治理均有極為重要的意義。

由于文物保護的特殊要求，如只能采用無損或微損的方法開展試驗研究，使得石窟圍巖風(fēng)化和壁畫鹽害機理的研究多針對單一影響因素展開，無法實現(xiàn)時間可控性、條件重復(fù)性和數(shù)據(jù)精確性，導(dǎo)致對病害機理的揭示深度不夠;同時大量取樣進行室內(nèi)研究以及很多可用于巖土原位測試的儀器和測試方法均無法直接在石窟和壁畫保護中應(yīng)用，只能通過一些無損測試和模擬試驗的方法來研究石窟圍巖風(fēng)化和壁畫鹽害的發(fā)生、發(fā)展過程。

在文物保護領(lǐng)域利用環(huán)境模擬技術(shù)建立多場耦合實驗室，是一個尚處于探索階段的創(chuàng)新性研究，包括環(huán)境模擬試驗的設(shè)計、多種耦合環(huán)境的實現(xiàn)、加速試驗與自然環(huán)境變化的相關(guān)性等多項研究。巖土文物風(fēng)化和病害機理研究一直以來難以建立一個科學(xué)的試驗體系，主要原因是巖土風(fēng)化和壁畫病害的發(fā)生是多種環(huán)境因素耦合交織作用的結(jié)果，難以采用科學(xué)定量的手段進行研究和評估。本試驗裝置的成功研制，可提供土水氣熱等多場耦合的可控的試驗環(huán)境，根據(jù)需要模擬控制各環(huán)境因子及其交織變化時的多場耦合的試驗環(huán)境，準(zhǔn)確測量此過程中巖土文物仿真試驗件內(nèi)在與外在物理化學(xué)特質(zhì)的實時變化，具有試驗時間和測試條件可控，試驗數(shù)據(jù)精確性高、重復(fù)性強，加速測試試驗條件及試驗件體量更接近于實物等特點，可為科學(xué)研究巖土文物風(fēng)化和病害機理及文物保護效果評估等提供切實可行的科學(xué)手段。

借助環(huán)境模擬領(lǐng)域和巖土工程領(lǐng)域多場耦合相關(guān)研究成果，根據(jù)巖土質(zhì)文物保護的實際需求，提出多場耦合實驗室的研發(fā)方案，合理確定實驗室的布局、功能、技術(shù)性能指標(biāo)，探討人工氣候環(huán)境實驗室設(shè)備、儀器的優(yōu)化配置，并形成相關(guān)試驗方法，研發(fā)基于多場耦合下的石窟圍巖風(fēng)化及壁畫鹽害模擬試驗系統(tǒng)裝置，打造我國首個不可移動文物領(lǐng)域的模擬實驗室，為敦煌石窟圍巖風(fēng)化和壁畫鹽害機理研究提供高技術(shù)環(huán)境仿真試驗平臺，也將對我國對巖土質(zhì)文物病害機理的研究具有重大意義。

3 多場耦合試驗裝置的研發(fā)

3.1 研發(fā)需求

基于技術(shù)因素和巖土質(zhì)文物保護需求，多場耦合試驗裝置應(yīng)滿足以下要求：

（1）必須達到可逼真模擬多種環(huán)境場耦合作用的要求，應(yīng)具有模擬范圍廣、模擬因子多、模擬類型復(fù)雜、測量與控制系統(tǒng)自動化程度和準(zhǔn)確性高等特點。

（2）需涵蓋文物保護所在地一年四季的極端氣候條件的變化全過程，實現(xiàn)溫濕度交變、日光照射、降雨降雪、風(fēng)雨組合、日照融雪各環(huán)境因子的模擬，可提供多種環(huán)境因子交織耦合相互作用的可以控制的試驗條件。

（3）試驗條件可根據(jù)需要自動控制，試驗數(shù)據(jù)可實時精確測量，從而達到自然界無法實現(xiàn)的試驗時間可控、測試條件可重復(fù)和試驗數(shù)據(jù)精確性高的優(yōu)點。

（4）通過模擬多場耦合的環(huán)境，進行可靠、準(zhǔn)確、實時的試驗測試，從而為保護方案的評估提供翔實可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，通過進行加速耐久試驗與自然環(huán)境變化試驗的模擬，可為進行兩種試驗相關(guān)性的研究提供試驗手段。

（5）試驗科研人員通過大量試驗數(shù)據(jù)的積累和對各類環(huán)境因子影響力試驗數(shù)據(jù)的進一步分析，可提出科學(xué)的病害機理模型，構(gòu)建文物保護的相關(guān)環(huán)境試驗規(guī)范和測試標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 研發(fā)過程

在多場耦合實驗室建設(shè)思路提出之后，研發(fā)團隊就開始收集相關(guān)環(huán)境控制、石窟圍巖風(fēng)化和壁畫鹽害方面的研究資料，并通過調(diào)研和實際需求來確定多場耦合試驗裝置的總體技術(shù)方案、總體布局、設(shè)備構(gòu)成和技術(shù)指標(biāo)。通過現(xiàn)場開展調(diào)查與監(jiān)測工作，確定圍巖風(fēng)化和壁畫鹽害影響因子，并分析數(shù)據(jù)并提出病害機理模型。調(diào)研和吸取其他領(lǐng)域環(huán)境控制系統(tǒng)后，開展試驗子系統(tǒng)初步設(shè)計與集成，并改進試驗系統(tǒng)，完成試驗裝置原型設(shè)計、建筑及公用動力設(shè)施相關(guān)設(shè)計的總體技術(shù)要求。進行多場耦合試驗裝置的系統(tǒng)細化設(shè)計，對各子系統(tǒng)的相應(yīng)設(shè)備進行功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)集成設(shè)計，編制設(shè)備控制邏輯，進行電氣和控制軟件設(shè)計，實現(xiàn)實驗室設(shè)備的自動化。

在以上工作的基礎(chǔ)上，進行器件采購和制造組裝，子系統(tǒng)的分模塊調(diào)試，現(xiàn)場設(shè)備的安裝及調(diào)試，實驗室基建工作等，完成石窟圍巖風(fēng)化試驗系統(tǒng)和壁畫鹽害機理試驗系統(tǒng)構(gòu)建。多場耦合試驗裝置技術(shù)設(shè)計框圖見圖5。

3.3 實驗室功能組成及主要技術(shù)參數(shù)

3.3.1 試驗裝置設(shè)計及主要功能

本實驗室主要由實驗倉、控制室和機房組成。實驗倉內(nèi)可模擬溫度、濕度、日照、降雨、降雪等各種環(huán)境氣候條件，并可實時測量試驗件在環(huán)境條件作用下內(nèi)在外在的物理化學(xué)特征的變化過程。

為提高實驗室整體的使用效率，降低能耗，以及保證設(shè)備長期運行的可靠性，將環(huán)境倉設(shè)計成三個獨立的區(qū)域，分別為夏季倉，冬季倉和風(fēng)雨倉。這三個倉體依次相連，倉體都由保溫庫板搭成，夏季倉和風(fēng)雨倉之間、風(fēng)雨倉和冬季倉之間，各有一扇隔熱密閉大門，倉體地面鋪設(shè)導(dǎo)軌，試驗件放置在移動平臺上可以方便地在各倉間移動。夏季倉內(nèi)有一套控制倉內(nèi)溫度地濕度的空調(diào)裝置和一套可以調(diào)整位置、角度和日照強度的全光譜日照模擬裝置。風(fēng)雨倉內(nèi)有一套控制倉內(nèi)溫度的空調(diào)裝置、一套可控制降雨量的局部降雨裝置、一套可控制風(fēng)速的吹風(fēng)模擬裝置。冬季倉內(nèi)有一套控制倉內(nèi)溫度和濕度的空調(diào)裝置、一套可控制降雪量的局部降雪裝置、一套可以調(diào)整位置的全光譜日照模擬裝置。夏季倉和冬季倉的空調(diào)裝置內(nèi)至少有一套熱量可調(diào)的加熱裝置、一套冷量可調(diào)的制冷裝置、一套加濕量可調(diào)的加濕裝置和一套除濕量可調(diào)的除濕裝置，可以實現(xiàn)溫度和濕度的交變控制。風(fēng)雨倉的空調(diào)裝置內(nèi)至少有一套熱量可調(diào)的加熱裝置、一套冷量可調(diào)的制冷裝置，可以實現(xiàn)溫度的交變控制。試驗裝置包含一個控制系統(tǒng)，可依據(jù)時間變化，連續(xù)模擬一天早午晚溫度、濕度、日照強度、降雨量、風(fēng)速和降雪量的交替變化。該控制系統(tǒng)可以是計算機，或是若干PLC系統(tǒng)，或是若干程序控制器。

在夏季倉內(nèi)，可覆蓋模擬夏季的溫度、濕度和日照條件，溫度和濕度通過一套空調(diào)裝置進行控制。空調(diào)裝置內(nèi)有至少一套熱量可調(diào)的加熱裝置、一套冷量可調(diào)的制冷裝置、一套加濕量可調(diào)的加濕裝置和一套除濕量可調(diào)的除濕裝置，通過加熱裝置升高溫度，冷卻裝置降低溫度達到溫度控制的目的;通過加濕裝置提高濕度，除濕裝置降低濕度，達到濕度控制的目的。其中，除濕裝置可以是化學(xué)轉(zhuǎn)輪除濕機。空調(diào)裝置可以實現(xiàn)溫度和濕度的交變控制。可移動日照裝置需采用全光譜日照，安裝在圓弧形支架上，日照位置、照射角度可電動調(diào)節(jié)，強度可按不同時間段的設(shè)定自動調(diào)節(jié)，以模擬早午晚等時間段的不同日照狀況。

在風(fēng)雨倉內(nèi)，可覆蓋模擬降雨季溫度、降雨、吹風(fēng)、風(fēng)雨組合侵蝕條件。溫度通過一套空調(diào)裝置進行控制。空調(diào)裝置內(nèi)至少有一套熱量可調(diào)的加熱裝置、一套冷量可調(diào)的制冷裝置，通過加熱裝置升高溫度，通過冷卻裝置降低溫度達到溫度控制的目的。空調(diào)裝置可以實現(xiàn)溫度的交變控制。通過一套局部降雨裝置控制降雨，采用大中小三種降雨噴嘴，可模擬小雨至大雨的雨強、不同的雨滴形態(tài)，以及接近自然降雨的沖擊力。吹風(fēng)模擬裝置可以采用一臺軸流風(fēng)機，用變頻驅(qū)動控制出口風(fēng)速，出風(fēng)口可以采用整流罩整流。風(fēng)機安裝在風(fēng)機支架上可以移動，并可升降調(diào)整吹風(fēng)高度。降雨裝置和吹風(fēng)裝置可以同時工作，對風(fēng)雨組合侵蝕試驗條件的情況進行模擬。

在冬季倉內(nèi)，可覆蓋模擬冬季溫度、濕度、降雪和日照融雪條件。溫度和濕度通過一套空調(diào)裝置進行控制。空調(diào)裝置內(nèi)至少有一套熱量可調(diào)的加熱裝置、一套冷量可調(diào)的制冷裝置、一套加濕量可調(diào)的加濕裝置和一套除濕量可調(diào)的除濕裝置，通過加熱裝置升高溫度，冷卻裝置降低溫度達到溫度控制的目的;通過加濕裝置提高濕度，除濕裝置降低濕度，達到濕度控制的目的。其中，除濕裝置可以是化學(xué)轉(zhuǎn)輪除濕機。空調(diào)裝置可以實現(xiàn)溫度和濕度的交變控制。通過一套降雪裝置控制降雪，降雪量非連續(xù)可控，分大中小三級模擬不同等級的降雪，降雪厚度自動測量。日照裝置采用全光譜日照，安裝在可移動支架上，日照強度不可以調(diào)節(jié)，用于融雪。

夏季倉、風(fēng)雨倉和冬季倉采用一套控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由計算機和PLC組成。通過控制系統(tǒng)，可以控制每個倉進行完全獨立的模擬試驗。在夏季倉內(nèi)，可依據(jù)時間的變化，連續(xù)模擬夏季一天早午晚溫度、濕度、日照強度的交替變化;在冬季倉內(nèi)，可依據(jù)時間的變化連續(xù)模擬冬季一天早午晚溫度、濕度、降雪、融雪的交替變化;在風(fēng)雨倉內(nèi)，可依據(jù)時間的變化連續(xù)模擬雨季一天早午晚溫度、降雨、風(fēng)速的交替變化。控制系統(tǒng)也可以實現(xiàn)同一試驗件在各倉間的連續(xù)流轉(zhuǎn)循環(huán)測試，可依據(jù)時間的變化任意順序模擬夏季、冬季、雨季的交替變化。在打開夏季倉、風(fēng)雨倉和冬季倉之間的隔熱密閉大門后，試驗件放置在移動平臺上，通過地面導(dǎo)軌可以方便地在三個倉內(nèi)流轉(zhuǎn)移動，實現(xiàn)三個倉不同因子之間的耦合。

3.3.2 主要技術(shù)參數(shù)

該試驗裝置采用三種不同類型試驗倉體結(jié)合的技術(shù)方案，使得試驗裝置具有環(huán)境控制范圍廣、試驗測試靈活、性能可靠等特征。試驗裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下表1—4。

4 結(jié) 論

（1）由于文物的珍貴和特殊性，決定了文物研究領(lǐng)域必須采用無損測試及模擬試驗研發(fā)裝置。本試驗裝置可提供土水氣熱等各類多場耦合的試驗環(huán)境和實時準(zhǔn)確的測量系統(tǒng)，為文物風(fēng)化和病害機理研究及文物保護技術(shù)方案評估提供有力的研發(fā)手段和設(shè)備保障。

（2）通過采用三種不同類型試驗倉體結(jié)合的技術(shù)措施，在實現(xiàn)多場的疊加和耦合的同時，可提高設(shè)備的可靠性，為進一步開展不同環(huán)境條件下文物的破壞機理以及保護材料與工藝的基本熱學(xué)、力學(xué)參數(shù)以及整體結(jié)構(gòu)的環(huán)境效應(yīng)試驗奠定基礎(chǔ)。

（3）多場耦合試驗裝置的研發(fā)與建設(shè)對國內(nèi)外文物保護領(lǐng)域具有里程碑的意義。它的成功建設(shè)對推動文物保護技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立具有重要意義。

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