定远营遗址稳定性和微观劣化的研究

在自然环境的反复作用下,土遗址表层持续劣化并产生宏观病害,致使土遗址本体的稳定性存在隐患,合理评价土遗址的安全性为文物界所关注.以西北地区阿拉善盟定远营城墙为研究对象,定性分析城墙各段病害,测定城墙土样的基本物理指标和力学性能,运用ABAQUS软件进行数值模拟,对比分析自然状态和降雨条件下的城墙稳定性,发现随含水率提高城墙存在失稳的危险.在宏观劣化现象分析基础上,运用X射线衍射仪和扫描电镜技术对城墙内外部夯土的成分和微观结构进行研究,探讨城墙劣化的机理.对土遗址稳定性和微观劣化的分析方法揭示了残存土遗址的真实状态,有助于土遗址的保护和修复,避免土遗址修复方案的盲目性.     

夯筑土遗址室内群锚试验系统研发及初试

针对目前已有的群锚拉拔试验系统和土遗址锚固室内试验系统无法改变锚固参数、加载反力影响破坏形式、缺乏有力边界约束的不足,研发了一种夯筑土遗址室内群锚拉拔试验系统.系统由群锚锚固系统、加载系统及数据采集与处理系统构成.试验系统可进行不同锚固参数下的群锚拉拔试验;利用反力架装置解决了拉拔设备在拉拔过程中反力限制土体界面变形的问题;有效模拟出夯筑土遗址的建造工艺与建筑形制.使用新研发的试验系统开展了处于极限条件下的四锚拉拔试验,新研发的试验系统用于夯筑土遗址室内群锚试验具有可行性,仍需要进一步优化改进.     

遗址土壤中盐分分布规律探索

针对陕西师范大学长安校区新开挖土遗址模拟坑出现的析白物病害,使用常规的定性与定量分析方法,测定了距遗址墙壁不同深度和距遗址上表面不同高度可溶盐的成分及其含量;应用XRD和SEM分析了矿物及盐分对遗址土壤结构的破坏作用.结果表明,遗址表面易溶性盐主要成分为氯化钠和盐胀系数较大的硫酸钠,微溶盐为硫酸钙.随着距离遗址表面深度的增加,可溶盐以氯化钠、氯化钾为主,微溶盐硫酸钙的含量很少,且盐分分布与水分运移有很大关系.     

PS材料加固遗址土强度与微结构参数相关性研究

采用不同质量分数、不同加固方式对密度不同的遗址土进行硅酸钾(PS)溶液渗透加固,加固后土体微结构发生变化,其力学强度出现不同程度的提高.使用图形处理软件对固化后土体的扫描电子显微镜图像进行计算分析,获取对固化土力学强度影响最显著的微观结构参数;利用多元逐步回归分析法对力学强度与微结构参数之间的相关性进行计算,并进行分析评价;从微观角度验证PS材料对土遗址的加固效果.结果表明,经PS溶液加固后,遗址土土体强度与微结构参数间存在良好的相关关系,各向异性、等效直径、扁圆度、充填比和面积比是对强度影响较显著的5个微结构参数.     

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.     

圆明园舍卫城城墙夯土工艺的科学分析

圆明园位于北京西郊，是一组清代的大型皇家园林，蕴涵丰富的历史、文化、宗教和考古价值，自英法联军火烧圆明园，此后又经历数次劫难，风化破坏十分严重，严重影响遗址的保存与展示。通过舍卫城遗址现场勘查，其城墙夯土遗址共分为14层，形制与普通夯土存在明显的不同，具有典型清代官式建筑土作的做法，目前关于清代官式建筑营造记载的文献主要集中在《工程做法则例》中，但关于“灰”与“土”的内涵缺乏科学认识与解读，为了舍卫城保护修复过程中修补材料的准确应用，舍卫城遗址夯土工艺就十分必要。因此针对这一关键问题，本文采用X射线衍射分析、激光粒度分析及密度与孔隙率分析等手段，对圆明园舍卫城城墙的夯土进行了较为全面的理化检测和工艺性能研究。结果表明，舍卫城城墙主要由石灰和土组成，且没有人为添加细砂，灰土比最接近二八灰土，与古文献《工程做法则例》中的十六把小夯灰土相吻合。同时，通过多种科学数据对比，可进一步推测在夯筑灰土过程中，下层夯土使用了更多的灰土量。多层次的夯土制作工艺，展示了清代宫廷工匠对夯土技术的工艺认识和制作方法。对舍卫城城墙土作工艺进行复原，相关结果为研究圆明园的建筑特点，夯土城墙的文物保护和科学修复等内容，提供了重要科学支持和有益借鉴。     

岩土加固技术加固保护土遗址研究

本文从土遗址表面剥蚀加固保护,土遗址裂隙、坍塌的裂隙灌浆、锚固加固及夯筑、培筑和建筑砌体的基础加固保护三方面探讨岩土加固技术在土遗址加固保护中的应用,并就加固处理土遗址过程提出两个要注意的技术要点,以供参考。     

灌溉诱发夯土长城遗址失稳模型试验研究

中国西北地区的土遗址主要以夯土构筑物的形式存在,某些地区存在夯土遗址与农田相邻的现象,在农田灌溉的作用下,土遗址墙体易发生坍塌破坏,对土遗址的保护利用产生较大困难.针对此现象开展了室内模拟试验,基于遗址土的物理性质指标,仿古人夯筑工艺制备模型墙体.观测和记录模型墙体在灌溉过程中的变形过程,结合受力状态,从定性和定量两方...     

金沙土遗址裂隙灌浆材料比选室内试验研究

为探究适用于金沙土遗址裂隙加固的灌浆材料,选取了烧料礓石、SH(改性聚乙烯醇)和无机矿物聚合物与金沙遗址试验土拌合制备了三种灌浆材料。通过室内试验,对各种灌浆材料结石体试样的基本物理性能、力学性能及耐久性能进行了详细分析。试验结果表明,无机矿物聚合物灌浆材料具有较低的收缩性,能够有效填充裂隙;同时,其较高的抗折和抗压强度为提升土遗址的力学稳定性提供了可靠保障;在研究的三种灌浆材料中,无机矿物聚合物灌浆材料展现出最佳的耐久性能。因此,建议在金沙土遗址的裂隙注浆加固工程中采用无机矿物聚合物灌浆材料,研究成果将为潮湿环境下土遗址裂隙灌浆材料的选择与应用提供有益的指导。     

关于丰镐有无夯筑城墙的几点思考

利用文献和考古资料,从有无确切的文献记载、有无建夯筑城墙的先例、是否有建夯筑城墙的紧迫性、有没有发现遗址,从这四个方面对丰镐是否有夯筑城墙进行研究。最后,得出结论,所以,丰镐可能没有夯筑的城墙。文献没有确切记载丰镐符有夯筑城墙、同人筑的都设有建筑夯筑城墙的先例、丰镐没有建夯筑城墙的紧迫性、现代房子设有在丰镐遗址发现夯筑城墙的遗迹。     

中国西北地区土遗址盐害阈值试验研究

通过对西北干旱区多个遗址的盐害现场调查和室内测试,查明引起土遗址盐害的易溶盐种类主要为硫酸钠和氯化钠.在脱盐土中加入不同比例的硫酸钠和氯化钠,模拟土遗址盐害的发生和发展过程.通过干湿循环试验和力学性能测试,得出导致西北地区土遗址发生盐害的w(SO_4~(2-))、w(Cl~-),即西北干旱地区土遗址盐害阈值:w(Cl~-)≤6.5×10~(-4),w(SO_4~(2-))≤1.3×10~(-3),且土中易溶盐总含盐量≤0.2%.     

圆明园舍卫城遗址夯土崩解试验研究及保护建议

夯土的工程特性与夯土的抗风化能力息息相关,尤其夯土的矿物构成、颗粒密度和耐崩解性能决定了夯土城墙的稳定性与抗风化能力。本文首先对圆明园舍卫城遗址夯土的矿物成分进行了分析,然后根据土工试验方法等国家标准,对舍卫城夯土含水率、块体密度、开孔孔隙率、颗粒密度、总孔隙率、颗粒粒径进行了测试实验,并并开展了夯土耐崩解性实验。研究结果表明,舍卫城夯土主要由石英、方解石、斜长石、微斜长石、绿泥石,云母等构成。夯土本身富含粘土矿物及夯土颗粒分布级配不良是夯土城墙破坏的重要内因,水是舍卫城夯土城墙破坏的重要外因,而水的来源主要有储存的地下水及毛细作用,以及明显降雨,至夯土墙体饱和,使土体内部产生不均匀应力,导致土体沿着孔隙、裂隙方向崩解。在此研究基础上给予相应的保护建议。     

PS材料加固遗址土试验研究

以PS材料加固的古遗址土为研究对象,选用具有代表性的古长城遗址土和故城遗址土两大类,对其原状样和重塑样进行PS材料加固,进行抗压、抗拉、雨蚀、风蚀试验及雨蚀、风蚀组合等试验,研究其力学强度特征及耐久性能。试验结果表明:经PS材料加固后,遗址土体的力学性能和抗雨蚀、抗风蚀能力明显提高;古长城土经PS加固后,其抗压强度可提高至1.5倍,且以PS浓度为5%、加固3次效果最佳,内聚力和内摩擦角明显提高,渗透性能小幅度降低;随老化时间增长,强度未降低,至少能承受8次冻融循环;PS加固故城土后,土体强度可提高1.2～1.8倍,抗风蚀能力提高6～24倍,抗雨蚀和风蚀综合能力提高6～13倍。PS材料具有良好的加固效果,为广泛地应用于土遗址保护加固工程中提供了理论依据。     

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.     

盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应及其微观结构特征

为了研究含盐量变化对盐渍土物理力学参数及微观结构特征的影响，文中以青海东部地区发育的硫酸盐渍土为试验材料，采用去盐试验、扫描电镜和孔隙分形等方法，研究土体物理力学参数对含盐量变化的响应及微观结构的影响，并建立了盐渍土物理力学参数对含盐量变化的响应模型。结果表明：当土样含盐量在0.5%～4.0%时，随着硫酸盐含量的增加，盐渍土呈现最大干密度减小、最优含水率增大的响应特征，盐渍土的黏聚力和内摩擦角等主要力学参数均呈现减小的响应特征。硫酸盐含量的变化主要影响土体微观结构的分形维数(D_f),改变了土中片状孔隙和针状(柱状)孔隙的比例。当硫酸盐含量较高时，土体的孔隙结构复杂，片状孔隙占比高，不易压密；反之，土体孔隙结构简单，容易压密。研究结果可为进一步探讨含盐量变化对盐渍土物理力学参数的影响机制及地基处理提供数据参考。     

改性聚乙烯醇固化麻刀加筋遗址土的力学特性

采用正交实验设计方法,以改性聚乙烯醇(SH)固含量、麻刀长度、加筋量为变量,研究了SH固化麻刀加筋遗址土的力学特性,分析了力学加固效果最佳的材料配比组合.结果表明,对抗压强度和抗拉强度影响最大的因素依次是SH固含量、加筋量、麻刀长度; SH溶液可加强土体颗粒之间、土颗粒与麻刀之间的粘结强度;适当的麻刀长度和加筋量有助于改善土体的力学特性.分析得出的最佳配比组合为SH固含量0.7%,麻刀长度1.0 cm,加筋量0.2%.     

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.     

新郑门遗址土剪切及拉伸试验研究

土力学性能研究十分注重土体的抗压抗剪性能,而对土体的抗拉性能研究较少.遗址土作为一种人工处理的特殊土,其力学性能尤其是抗拉性能相对较高,独特的力学性能是土遗址保存至今的重要原因之一,也是土遗址研究的重点.本文对遗址土的基本物理性质进行了测定;对干湿循环后的试样进行了低应力条件下直接剪切试验,研究了干湿循环对遗址土力学性质的影响;采用改装后的单轴拉伸试验仪器及三轴拉伸仪,测试了遗址土的抗拉性能.论文的研究结果为新郑门遗址稳定评价提供了试验依据和理论基础.论文的研究方法也为抗拉性能较高的非饱和土的力学性能研究提供了借鉴.     

北京地区细粒土微观特征及宏观力学性质研究

对从北京地区获取的10块代表性细粒土样品进行了X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）分析和常规土工试验,以对北京地区细粒土的微观特征及其对土体宏观力学性质的影响进行研究.结果表明：北京地区细粒土的主要矿物成分包括石英、长石、方解石和黏土矿物,其中,黏土矿物的主要组分为伊利石和伊蒙混层;北京地区细粒土土体结构疏松,颗粒矿物之间连接较弱导致较难形成骨架支撑,且粗颗粒矿物表面通常被细颗粒矿物包裹,细颗粒矿物的存在形式包括基质和团粒两种,在SEM观察中可通过组分和结构差异进行区分;北京地区细粒土的宏观力学性质受矿物组成和微观结构的联合控制,除了矿物颗粒本身性质对土体强度的影响之外,黏土矿物和粗颗粒矿物之间的结构配置对土体的抗压强度和抗剪强度也有重要影响.     

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。