面向材料老化的遗址土特性研究——以销阳城遗址为例

暴露在自然环境中的土遗址在降雨、风沙和温度变化的长期影响下，材料功能不断退化。以锁阳城遗址土为研究对象，测试遗址土物理、化学、热学和力学特性，为开展土遗址建筑材料老化机理研究提供基本参数。结果表明，不同方位城墙遗址土均为低液限黏土，矿物成分主要为石英、长石、云母、绿泥石、方解石和白云石，易溶盐主要为NaCl和CaSO₄。不同方位城墙土体颗粒及矿物组成造成物理力学性质差异。东城墙的可溶盐总量较大，矿物风化程度最大。西城墙土体的导热系数和热扩散系数最小，热劣化损伤程度最小。原生夯土比重塑试样的结构性更好，具有较高的抗压强度和抗剪强度。在土遗址夯筑砌补加固施工过程中，分层夯筑有利于提高结构稳定性。     

夯土遗址表层热劣化模拟试验研究

以武威明长城夯土遗址为例,通过现场调查及室内模拟试验,研究分析夯土遗址表层的热劣化机制.X射线衍射及电镜扫描试验表明:遗址表层与母墙土的矿物成分相似,表层微观结构平滑,但风化明显.热劣化模拟试验表明,试样表层热传导系数、热扩散系数及体积比热均低于母墙.热劣化过程中,表层与母墙的热传导系数与热扩散系数均维持稳定.研究认为,夯土遗址表层与母墙组成具有热性质差异的双层结构,在温差作用下,双层结构间的稳定热差异会使其接触面产生热应力差.热应力差的持续作用使接触面劣化疲劳,导致遗址表层与母墙分离,产生剥离病害.     

干湿交替与盐渍双重作用下干旱和半干旱地区土遗址劣化效应

基于明长城遗址、西夏王陵遗址和苏巴什佛教遗址等大型土遗址遗存地区具有集中降雨和强烈蒸发的气候特征,为土遗址创造了干湿交替和盐渍共同作用的赋存环境,研究基于多处土遗址的环境监测数据和物理性质实验结果;通过对实验条件下掺入不同含量的氯化钠并经历干湿循环的遗址土重塑土样的界限含水量、崩解、风洞和弹性波速实验,揭示双重作用下土遗址崩解、稠度、抗风蚀能力和弹性波速等与片状剥离和底部掏蚀病害的发育和发展密切相关性质的变化规律,并对2种病害形成过程以及与上述性质变化的内在联系进行分析和阐释,得出土遗址相关性质发生劣化和病害发育的本质原因。     

新郑门遗址土力学性能劣化规律研究

土遗址在我国分布广泛,形式繁多,随着遗址的暴露时间增长,其力学性能会出现一定的劣化现象.以开封市新郑门遗址土作为研究对象,取暴露时间不同的土样进行直剪实验及室内固结实验,得到了不同暴露时间下遗址土的抗剪强度及压缩模量.实验结果表明:随着暴露时间的增长,土体抗剪强度和压缩模量均有一定程度的降低.经分析,开挖引起的土体卸载回弹、环境温度及湿度变化是其性能劣化的主要原因.对实验结果进行数学拟合,得出遗址土的黏聚力、内摩擦角及压缩模量的劣化规律.在开挖的早期时间内,遗址土的力学性能劣化幅度较大,随着暴露时间的进一步增长,其劣化速度有一定减缓.依据实验结果及其影响因素,提出了相应的保护措施,为土遗址的保护提供参考.     

干旱区夯土遗址干湿盐渍耦合劣化微观结构分析

通过对分别掺入不同含量Na2SO4和NaCl并经历干湿循环的遗址土重塑样的基本水理、力学指标测试以及风洞试验,揭示试样在耦合作用下崩解速度、抗压强度、风蚀速率与盐分的关系;并通过微结构分析实验研究试样微结构特征参数与盐分之间的关系.进而通过统计学分析方法证实试样的宏观性质指标与各微结构特征参数间的相关关系并建立回归方程.研究结果表明:耦合作用通过改变微观结构而对遗址劣化进程产生影响,从而为遗址劣化程度的评价提供了微观依据.     

盐分质量分数、含盐类别对山丹遗址土弹性波声速影响的实验

在室内实验条件下,向遗址土中掺加不同质量分数、不同类别的盐分,通过声波检测仪测定各试块的纵波波速,同时根据弹性力学理论计算出动弹性力学参数,分析了盐分质量分数和含盐类别影响遗址土纵波波速特性机理.研究表明:在外界恒定温度、恒定相对湿度以及含水率一定的条件下,掺入盐分为硫酸钠和硫酸钙试块的纵向波速与盐分质量分数呈正线性相关关系;而掺入氯化钠盐试块的纵向波速与盐分质量分数呈负线性相关关系.研究结果可为西北干旱地区的土遗址病害及对其加固修复提供动力学依据,也可为盐渍土中的声波探测技术提供参考.     

PS材料加固西北干旱区土遗址试验研究

土遗址是大遗址中最难保护的一类,而防风化加固是其中的难点,也是目前国际上普遍关注和攻关的课题,PS材料用于西北干旱区土遗址的防风化加固已获得了初步的成功.室内单轴抗压强度、抗剪强度研究发现,强度提高幅度满足要求,材料具有可重复使用性;通过对PS材料加固土遗址的微观结构特征进行研究,加固后X衍射图谱中部分矿物衍射强度降低和密集低矮的非晶体物相峰群的出现,定性说明,非晶质物相的生成加强了矿物间胶结作用;加固前后的红外谱图基本吻合,没有新晶质物相出现,仅是化学健间结合力略有提高;SEM图像显示骨架颗粒胶结状态由点状接触向胶结接触转变.研究表明PS材料与土作用后加强了土骨架颗粒的连结强度,而土的结构基本保持不变,宏观上改善了遗址土的水稳定性,增强了工程力学性能,满足文物保护的特殊要求.图10,表2,参13.     

干湿与盐渍耦合作用下土遗址强度劣化机理

通过集中降雨过程3处典型遗址温度和含水率的实时监测,发现遗址内部不同位置土体经历耦合作用的频率与程度存在差异.通过对分别掺入不同含量Na_2SO_4、NaCl,经历不同期次干湿循环的遗址土重塑样的强度指标测试和粒度分析,得出试样的抗压强度、抗拉强度、内聚力、粗粉粒质量分数和粒度分维值都随含盐量和干湿循环次数的增加而产生规律性调整.数学统计分析证明不同频率与程度耦合作用下遗址土宏观强度指标的变化与粒度分析指标调整之间存在定量关系,分析和讨论了干湿盐渍耦合作用下遗址土强度劣化的本质原因、遗址消亡过程的形式和速度与遗址土强度劣化过程之间的联系.     

青藏高原地区典型土遗址冻融与盐渍耦合劣化作用分析

研究基于高原地区冬季降雪过程环境监测数据和多处典型土遗址的易溶盐含量与分布特征,通过对实验条件下分别掺入质量分数为0.2%的梯度增量掺入无水氯化钠和无水硫酸钠至质量分数为1%并经历冻融循环的遗址土重塑土样的风洞、崩解、弹性波速和剪切实验,揭示耦合作用下表征土遗址抗风蚀能力、抗雨蚀能力和强度等指标的劣化规律和本质原因,并对底部掏蚀、片状剥离和坍塌等高原地区典型土遗址病害形成过程以及与上述性质变化的内在联系进行剖析和阐释。研究结果表明:试样抗雨蚀能力、抗风蚀能力和强度相关指标会对耦合作用产生明显的劣化响应,因掺入盐分类型和含量的不同而表现出非线性衰减规律;相关性质的劣化为典型病害的发育提供了前提和基础。     

西北地区土遗址病害

西北地区尤其丝绸之路沿线是中国土遗址分布最多的地区,其土遗址分布集中,种类多,赋存环境复杂,具有炎热、年较差和日较差较大、干燥少雨、偶有极端降雨气候,大风、沙尘暴经常发生,构造活动剧烈和地震频繁等特点.土遗址的病害类型多,基本包括了干旱环境土遗址的所有病害.西北地区室外遗址主要病害是片状剥离、风力淘蚀和裂隙;室内土遗址的主要病害是污染、温度剥离和裂隙.土遗址的病害受赋存环境和土遗址本身的特性两方面控制,影响西北地区土遗址病害的环境因素主要是风、雨和地震.     

GIS支持下的土壤侵蚀动态变化研究:浙江一例

土壤侵蚀是土地退化的主要原因，也是导致生态环境恶化的重要因素，开展土壤侵蚀动态模拟研究具有重要意义．地理信息系统(GIS)因其强大的空间分析功能，为土壤侵蚀动态分析研究提供了有力支持．根据美国通用水土流失方(USLE)，以GIS软件为支持，以浙江省横溪流域为例，对该流域1990年至2003年土壤侵蚀动态变化进行模拟，并对流域内不同土地利用方式下的土壤侵蚀进行了动态评估，探讨了土壤侵蚀变化与土地利用变化的关系，为横溪流域今后的土壤侵蚀动态预测提供参考．     

考虑Hoek-Brown准则的挡土墙主动土压力

基于挡土墙对数螺旋破坏机制,考虑非线性Hoek-Brown强度准则,采用极限分析上限法计算了挡土墙的土体重力功率、内能耗散率和主动土压力功率,根据虚功率原理推导了挡土墙的主动土压力解析式,并采用Matlab软件求解了主动土压力的最优上限解.分析挡土墙和土体的参数、Hoek-Brown强度准则对挡土墙的主动土压力及稳定性的影响,结果表明,随着扰动因子、墙背倾角、挡土墙高度和土体容重的增大,主动土压力非线性增大,挡土墙的稳定性降低;随着地质强度指标、岩体常数、外摩擦角和单轴抗压强度的增大,主动土压力非线性减小,挡土墙的稳定性增加.     

降雨条件下城墙土水特性与稳定性研究

降雨入渗会影响城墙稳定性，最终导致城墙失稳坍塌。文中以城墙为研究对象，通过试验得到了土体的物理力学特性和非饱和特性，以试验数据为基础得到了以含水率为变量的抗剪强度公式，基于Bishop法得到安全系数的表达式。对不同工况下城墙边坡进行渗流场有限元分析与稳定性评价，并对梅雨季城墙稳定性变化及孔隙水压力分布进行分析。结果表明，随着降雨的不断进行，孔隙水压力逐渐增大，表层土体开始饱和，前期入渗深度不断增加，后期地下水位上升。梅雨季城墙稳定性持续下降，受降雨总量和降雨时长影响较大。研究成果可为区域典型气候条件下的该地区城墙修缮等工程的设计与施工提供理论参考。     

冲击压实破碎旧水泥砼路面时重力挡土墙的稳定性分析

结合316国道福州段冲击压实改建工程,采用有限元分析手段和拟静力的方法,对冲击压实施工时重力挡土墙的稳定性进行研究分析.首先,建立四楞压路机的三维有限元分析模型,对冲击压实四种不同工况的土基附加应力分布规律进行了研究.基于与轮载不同距离条件时挡土墙墙身的土压力分布分析结果,以冲击压路机作用在板角处为最不利工况,分析了不同墙高和墙底摩擦系数的挡土墙的抗倾、抗滑稳定性和施工安全距离.     

加筋土挡墙稳定性分析的点安全系数法

采用点安全系数法分析加筋土挡墙的稳定性.在理论分析的基础上,推导岩土体、筋材、筋土界面的点安全系数以及筋材抗拉和抗拔安全系数的计算方法,给出点安全系数法在FLAC3D软件中实现的步骤和FISH命令,并结合工程实例,对比分析强度折减法(SSR)与点安全系数法的差异.研究结果表明:采用点安全系数法不仅可以获得挡墙内各部位的安全状态,而且可以分析筋材的抗拉和抗拔稳定性,便于对影响挡墙稳定性的薄弱环节进行分析,实现规范所要求内外部稳定性计算:而强度折减法主要适用于分析挡墙的整体稳定性:点安全系数法比强度折减法的计算效率高.     

深基坑土钉墙支护稳定性分析方法的改进及其设计软件的开发

在考虑土钉作用的情况下,对土钉墙支护边坡整体稳定性分析方法进行了改进,推导了圆弧圆心与安全系数之闻的函数表达式,并借助计算机确定了滑移面圆心所在区域,利用网格法对最危险滑移面的圆心进行动态搜索．利用Visual C＋＋开发了基坑土钉支护设计软件,实现了土钉抗拉承载力的计算,并对各个开挖阶段土钉墙支护边坡整体稳定性进行实时分析．结合工程实例,进一步分析和讨论了土钉墙设计中存在的问题、适用条件及影响因素等,得知：最危险滑移面的圆心位置随土钉设计参数的变化而动态变化,故不同开挖阶段整体隐定性验算必不可少;对于地质条件较差的情况,应借助现场测试及工程经验指导设计和施工．     

考虑上下盘效应的Newmark设计谱

以全球典型倾滑断层的近断层强震记录为依据,分析上/下盘效应对核电厂抗震设计谱的影响,为构建考虑近断层上/下盘效应的核电厂设计谱提供参考.基于上/下盘不同区域的近断层记录,分析Newmark方法中地震动峰值比控制参数AD/V²、V/A的取值,发现核电厂抗震设计谱的拐点周期随着强震记录的特点而改变,且AD/V²、V/A的取值受到上/下盘效应的影响.上盘记录的V/A值小于其它区域,而AD/V²值则大于其它区域.由于AD/V²与V/A的值决定了设计谱第三、第四个控制点周期,因此设计谱的谱形也受到影响.通过对比本次确定的设计谱与RG1.60设计谱,发现上/下盘效应对设计谱短周期段的谱值有显著的影响.这使得短周期段谱值增大,而对中长周期段的影响不明显.无论是设计谱的形状还是谱值大小,基岩场地设计谱的变化比土层场地的大.由此可见,在编制标准反应谱时建议考虑上/下盘效应的影响.     

挡土墙动力反应及稳定分析

本文应用动力非线性有限单元法研究了挡土墙动土压力问题,得出了挡土墙动土压力分布随振动强度、时间、振型和频率等变化的结论.根据分析所得的动、静应力分量,采用有限元与圆弧滑动法相结合的有限元一圆弧法,分析了挡土墙的抗滑稳定性.由此提出挡土墙的抗震设计应以动力稳定分析为主要依据.文中分别就几种不同墙高和基土厚度的算例进行了相应的稳定计算.同时指出了拟静力法的不足之处.     

三只羊乡地质生态环境特点与综合治理

在自然因素和人为破坏下,三只羊乡境内土壤植被稀少,旱涝灾害频繁交替,生活水源严重污染,生态系统结构不平衡,石漠化加剧,地质生态环境日益恶化．在此根据三只羊乡的生态环境特点,从水土资源的利用、农业产业结构的调整和人1：3素质的提高等几个方面提出该地区社会经济持续发展与生态环境恢复的措施和建议．     

加筋土挡墙结构系统的可靠性分析

基于系统可靠性理论,在分析加筋土挡墙内外部稳定极限状态方程基础上,研究各失效模式的逻辑关系,建立加筋土挡墙结构系统的可靠度计算模型,并进行实例分析。研究结果表明:加筋土挡墙结构的可靠度不等于单一失效模式下的可靠度,可靠性分析时应进行结构系统可靠度计算;加筋土挡墙中单层(根)筋材的抗拉断与抗拔出破坏模式是不相容的;内部稳定性是由多根筋材的稳定性所构成,遵循k/n模型;外部稳定性的4种失效模式是混联系统,抗滑稳定性与抗倾覆稳定性是不相容关系,并与地基承载力稳定性和整体稳定性构成串联系统;局部稳定性也遵循k/n模型,加筋土挡墙的内部稳定性、外部稳定性和局部稳定性三者构成串联系统。