沿海城市對城市雕塑的侵蝕程度差異論文
摘要:建築物集中造成城市空間單一、枯燥和擁擠，城市雕塑作品可帶來美化和裝飾的作用。以沿海城市的城市雕塑景觀為探究物件，研究在沿海氣候特徵下雕塑的侵蝕程度差異。首先，針對製作雕塑景觀的原料砂岩，需進行侵蝕作用模擬實驗，選取城市雕塑砂岩樣本在風驅雨模擬條件下進行風洞侵蝕實驗及水巖作用實驗;然後，透過對砂岩雕塑樣本實現風洞侵蝕模擬實驗後，可獲知侵蝕量伴隨風速增強而增大，對砂岩實現室內水巖作用實驗後可知礦物轉化量增加，產生礦物量越多表明巖體的抗侵蝕能力越低，會增加雕塑侵蝕程度。透過利用模擬實驗實現了對城市雕塑景觀侵蝕程度的分析，為保護雕塑作品提供資料支援。
關鍵詞:沿海城市;氣候特徵;城市景觀雕塑;侵蝕
前言
在空間分佈上，水力侵蝕和風力侵蝕存在一定地域性，例如中國南方大部分地區，全國主要降水量都集中在東部地區及南部地區，因此水力侵蝕是該區域的主要方式;而風力侵蝕絕大部分是發生在中國西部半乾旱或乾旱地區，該地區氣候特點為年降水量非常少，並且伴有很強烈的風，因此風力侵蝕為該區域較為明顯的侵蝕方式。但有些地區則是兩種方式交叉的侵蝕方式，也就是水力侵蝕同時與風力侵蝕相結合的侵蝕型別。在風力侵蝕與水力侵蝕交叉的區域是兩種侵蝕方式複合作用，該問題屬於重點探討的問題和治理的薄弱環節。兩種複合侵蝕作用結合會受到多方面外界因素的影響，其形成過程和作用機理較為複雜，單項侵蝕方式和多項侵蝕方式作用結果也不盡相同，因此目前研究該問題的.很多學者並不能給出侵蝕作用機理的詳細解釋，需要繼續對該問題的有效解決方式進行探討［4－5］。因為氣候條件和人為因素的制約和影響，不同地區地表侵蝕機理和過程存在著不同方式。基本是由東南地區的水力侵蝕方式到西北乾旱地區的風力侵蝕方式，由於存在不同氣候特徵，所以在中國構成了一條風力和水力侵蝕帶，分佈範圍包括季風氣候區域和乾旱氣候區域，影響範圍非常廣。風水複合侵蝕是環境問題中較為複雜的侵蝕方式，文中將沿海城市的景觀雕塑作為研究物件，研究其在該區域氣候特徵下的風水侵蝕程度。首先，影響雕塑的常見方式為水利侵蝕和風力侵蝕，根據該特點對具有沿海氣候特徵城市的砂岩雕塑進行侵蝕作用實驗，以雕塑砂岩為實驗樣品，設定在風驅雨的模擬條件下實現風洞侵蝕模擬實驗;其次，在進行實驗後獲取風洞實驗資料，根據資料可判斷風力和水力增強的情況下，雕塑巖體樣品的侵蝕程度也會伴隨加重，再利用室內水巖作用模擬實驗對取樣巖體進行模擬實驗，可獲知巖體出現礦物質轉化現象，並伴有大量沉澱物，表明經過水力侵蝕後巖體被嚴重侵蝕且巖體變脆，增加了侵蝕程度［6－7］。
1風洞侵蝕模擬實驗及結果分析
1．1實驗準備及實驗過程
實驗中準備從某沿海城市中的兩個雕塑作品進行取樣，其中一個雕塑作品為距今150年的巖體，編號為M巖體;另一雕塑作品為距今50年的巖體，編號為L巖體;在兩個雕塑作品上各選取20cm×15cm×10cm大小的巖塊，共6塊，其中從M雕塑巖體取3塊，從L雕塑巖體取3塊，將樣品進行預處理。根據沿海城市的氣候特徵設定實驗條件，實驗在某大學風工程研究中心實施進行，實驗設定條件滿足當地氣候特徵。實驗準備過程中，利用鐵架子固定裝置，鐵架質量要求重則進行風模擬實驗時不容易被吹倒或振動，能保證實驗過程中具有較強的穩定性，同時準備收集裝置，方便巖塊被侵蝕後的殘體樣品收集。
1．2實驗過程
根據實驗前設定的風速和雨速實驗條件，進行風雨組合模擬實驗，設定12種實驗條件，每2個樣品為一組，共6組，每一組經歷一種實驗設定條件，且每一組中的2個樣品進行同步實驗，利用傳統收集法對被風雨侵蝕過的巖體進行殘體樣品收集，將收集後的殘體樣品進行烘乾並稱重，再將其與實驗前的巖體質量進行對比，即為侵蝕量。在雕塑樣品進行實驗前，表面還較為平滑，但在完成實驗過程後，樣品表面出現了蜂窩狀的小細孔，且表面非常粗糙，透過測量顯示部分最深侵蝕深度已經達5mm，說明巖體樣本受到風雨複合侵蝕作用較為明顯。由於雕塑樣品巖體受到風雨複合侵蝕作用，因此文中運用侵蝕深度具體表述樣品受到的侵蝕程度，採用收集法收集巖體被侵蝕而產生的殘體，烘乾稱重後計算侵蝕深度，具體描述如下:h=10m［(1－ω)A］(1)式中:樣品巖體侵蝕深度由h表示;由於風雨複合侵蝕作用而產生的殘體質量由m表示;巖體初始含水率由ω表示;巖體密度由表示;被侵蝕面積由A表示。
1．3實驗資料及結果分析
(1)透過上小節設定的實驗條件及給定的侵蝕度計算方法，現給定風速為10m/s和15m/s的實驗條件，雨速為變數的情況下，兩類樣品巖體的侵蝕量資料表.透過上述資料可知在風雨複合侵蝕情況下，巖體樣品與風速和雨強的關係曲線圖，10m/s時，透過變換雨強引數條件進行巖體樣品侵蝕M類樣品①與M類樣品②是伴隨雨強引數增加巖體侵蝕程度加重;.透過圖中兩條曲線可看出，曲線變化趨勢也是隨著雨強引數的增加，侵蝕程度也在不斷增加，雨強由20mm/h增加到60mm/h過程中，M類巖體樣品的侵蝕深度也隨之增加。(2)根據預先設定的實驗條件對L類雕塑巖體進行實驗，風速引數條件與雨強引數條件均與上述實驗條件一致，則獲得L類巖體樣品侵蝕程度資料表.透過對L類巖體樣品的資料觀察可看出，整體資料顯示出伴隨雨強引數的增加，巖體樣品的侵蝕程度在加重，對巖體樣品的侵蝕程度影響較風速引數變化後對巖體樣品的侵蝕程度影響弱，因此對比兩種侵蝕方式，風力侵蝕較為嚴重。由M類與L類巖體樣品對比可看出，侵蝕程度嚴重與否也與城市雕塑巖體樣品的年份存在一定關係，M類樣品距離現今年份較遠因此該類樣品受到侵蝕程度更為嚴重。
2室內水巖作用模擬實驗
以上實驗主要是模擬風力對砂岩侵蝕後獲取的實驗結果，該小節實驗則是從水力侵蝕方式對砂岩侵蝕產生的現象進行研究。
2．1實驗材料及器材
以某沿海城市的砂岩體雕塑為實驗物件，選取組成分相同的樣品實驗器材製作:將巖體切割成長短適中的柱體，用保鮮膜包裹並固定於裝置底部的插槽中，在插槽下面平鋪兩層濾紙，將濾紙預留出幾個空洞以便海水流出。頂端裝置一個水流控制開關，用來控制水流速度大小，透過收集從巖體流出的海水測定水中所含化學成分。
2．2實驗結果及分析
根據實驗設定條件為3組砂岩體，分別對樣品進行編號為SY－A、SY－B、SY－C3，各組砂岩對應產生一組水樣並進行採集。透過對比海水初始值與採集值的資料可看出，Mg2+、Ca－和HCO－3元素的濃度值明顯比初始濃度值降低;Na－和K+比較初始濃度值高;Cl－初始濃度值與採集值並未有明顯變化。造成以上濃度發生變化的原因是砂岩中的重要成分鉀長石、石膏和斜長石等礦物質的溶解，以及雲母石和方解石及水雲母等礦物質的沉澱。透過對比海水初始值和採集值可看出該實驗裝置設計合理，符合水力侵蝕化學機理。根據上述實驗裝置可獲得3組砂岩中礦物質的轉化量資料表.礦物轉出量越多表明巖體孔隙度變化越大，溶解物質越多沉澱物質也越多，因此孔隙度大會直接導致巖體雕塑作用的抗侵蝕能力減弱，使巖體變的脆弱。
3結論
城市雕塑具有美化和裝飾城市的作用，由於普通雕塑大部分是由巖體雕琢而成，因此文中針對具有明顯氣候特徵的沿海城市中的雕塑作品進行侵蝕程度差異分析。首先，由於氣候原因風化侵蝕和雨化侵蝕是影響雕塑耐久性最為常見的侵蝕方式，針對製作雕塑景觀的原料砂岩，需進行侵蝕作用模擬實驗，選取城市雕塑砂岩樣本在風驅雨模擬條件下進行風洞侵蝕實驗及水巖作用實驗;然後，透過對砂岩雕塑樣本實現風洞侵蝕模擬實驗後，可獲知侵蝕量伴隨風速增強而增大，對砂岩實現水巖作用實驗後可知礦物轉化量增加，產生的礦物量則越多表明巖體的抗侵蝕能力降低，會增加雕塑侵蝕程度。
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