环境因素对PS加固土遗址效果的影响

通过PS加固的高昌故城遗址土样崩解试验,耐风蚀的风洞模拟试验,冻融破坏,温差破坏,干湿破坏对力学强度影响等试验,模拟古丝绸之路特殊的自然环境对土遗址的影响,研究PS保护加固土遗址的效果。结果表明,经PS加固以后,样品的初始崩解时间延长,崩解速度大幅降低,抗风蚀能力提高10倍,抗冻融能力也有所增强。在高温养护下力学得到强度提高,干湿循环降低了样品的强度,但表现出良好的加固效果。试验证明PS可以有效地降低环境因素对干旱区土遗址的破坏,起到明显的加固保护效果。     

硅酸钾材料加固土遗址耐风蚀颗粒元模拟分析

西北干旱地区土遗址受风化、风蚀等破坏严重,大量土质文物亟待加固抢修。加固后土遗址的各耐环境因素及加固机制研究是土遗址加固的理论基础。首次引入颗粒元程序PFC,通过改变模型中颗粒间平行连接强度,对硅酸钾（简称PS）加固前后的土样进行数值模拟。在考虑实际土样颗粒粒径和密度的前提下,拟合了生土PS加固前后的抗压和抗拉强度,并将拟合后的颗粒元模型应用于风蚀模拟。通过随机生成挟沙风颗粒,以一定的速度撞向土体,模拟挟沙风的吹蚀作用。挟沙风颗粒数与循环步数成正比例,因此,可以用挟沙风颗粒数来代表吹蚀时间的长短。挟沙风颗粒的速度则代表挟沙风风速。模拟结果表明,在20 m/s的挟沙风吹蚀作用下,风蚀程度随吹蚀时间的增加而增大,未加固土样的风蚀程度增幅度远大于加固土样;同样吹蚀时间条件下,加固土样的抗风蚀强度明显高于未加固土样。这些模拟结论与风洞试验结果的统计规律一致。本研究拟合的颗粒流模型可进一步应用于PS加固机制研究及耐风蚀、雨蚀、冻融等诸环境影响分析研究。     

硅酸钾对遗址土的渗透加固机制及改进特性研究

即一定模数硅酸钾溶液,是保护加固土遗址的一种无机化学材料。通过近20年的实践证明,PS材料具有增强遗址土体强度和抵抗外界环境破坏的作用。但PS渗透加固遗址土的微观机制以及加固后遗址土宏观特性的改变如何,并没有取得显著的突破和统一的认识。利用3%体积浓度的PS溶液渗透加固室内击实制备的良渚遗址土试样,渗透初始含水率为13%、17%、19%、21%和25%,并对加固前、后试样进行非饱和直剪、压汞和扫描电镜试验,旨在解决上述两个问题。基于压汞试验得到的双峰孔隙分布模型,提出了PS渗透加固遗址土的两种微观加固机制,并通过扫描电镜试验结果验证了加固机制,同时提出了用于表征两种加固机制指标参数P1和P2。通过研究发现,加固指标P1和P2能够较好地描述在不同含水率下经PS加固试样的相关改进特性如土-水特征曲线和剪切特性的变化规律。研究成果为PS的进一步应用和加固保护土遗址研究提供了新的方法和手段。     

西北干旱区土建筑遗址加固概述

西北干旱区土建筑遗址很多, 有些还是世界文化遗产。由于风蚀风化作用强烈, 西北干旱区大批的土建筑遗址已破坏严重, 因而开展土建遗址加固研究十分必要。钾水玻璃 (PS)是一种水溶性的无机胶结加固材料, 本文全面详尽地总结了PS加固土建筑遗址技术, 就加固机理作了初步探讨。认识到PS是西北干旱地区土遗址加固的一种有效方法, 可达到较理想的加固效果。     

西北干旱区石窟遗址保护

我国的石窟研究遗址主要分布于西北干旱区。由于独特的自然条件,风蚀风化作用强烈,大批遗址已破坏严重。因而开展石窟遗址防风化加固和岩体裂隙灌浆研究十分必要。钾水玻璃(PS)是一种水溶性的无机胶结加固材料,试验证明经PS-C材料加固后的岩体强度成倍增长,耐风蚀能力、耐水能力明显提高。论文全面详尽地总结了PS-C材料加固石窟遗址技术,认识到PS-C是西北干旱地区石窟遗址加固的一种有效材料,可达到较理想的加固效果。     

战国秦时期夯土长城加固强度试验研究

对已风化而频临危险的文物进行渗透加固保护以提高土的胶结强度,是国际上普遍认可的科学加固方法。通过室内单轴抗压强度、抗剪强度和渗透试验研究发现,抗压强度随浓度及加固次数增加而提高,材料具有可重复使用性,但加固剂的浓度增加不宜超过7 %;? 值随加固剂浓度和加固次数有明显增加趋势,c值有所提高但变化没有明显的规律性;土经固化后的渗透系数略有降低,但变化在同一数量级内,不影响土的渗透性。综合分析试验结果,对于密度为1.3～1.50 g•cm-3风化墙面,以浓度5 %～7 %的PS材料多次加固为宜;密度为1.5～1.7 g•cm-3的风化墙面适宜以3 %～5 %浓度的PS材料多次加固。加固后强度和渗透性满足文物保护特殊要求。     

PS加固土遗址土体的红外热像检测试验研究

红外热像技术作为一门新兴的无损检测技术,是基于被测对象温度场的变化规律而进行的,目前广泛应用于检测物体表面的结构状态、性质和内部缺陷等。为了探讨土遗址加固土体的无损检测方法,以新疆交河故城遗址现场采取的扰动土制作了模型。模型的1/2用浓度为10%PS（PS为一种高模数的硅酸钾溶液）加固,1/2不加固,将加固后的模型室温静置30 d,自然风干后进行了红外热像室内模型试验。试验表明,PS阻碍了土体的热传导过程,加固前后的土遗址土体在红外热像上会出现差异,为进行土遗址加固效果的无损检测提供了一种途径。最后进行了PS加固遗址土体的热传导率测定试验和微型贯入仪现场试验,结果表明加固土体与未加固土体的热传导性能产生差异的原因与经PS加固减小了土体的热传导率、提高了土体的力学强度有关     

土遗址顶部风化层加固试验研究

中国西北气候干旱,自然环境恶劣,表层严重风化使该地区土遗址逐渐消失殆尽。基于此,本文以糯米浆和SH作为注浆浆材在现场加固土遗址顶部薄弱风化层,通过微型贯入仪、红外热成像仪、声波仪等仪器及模拟雨淋试验检测加固后的力学强度特征及耐久性能。并在室内制作重塑样测量单轴抗压强度、波速、崩解速率与现场实验结果对比。结果表明,SH加固后的土遗址表面抗压强度、抗水侵蚀能力均优于糯米浆的加固效果。当注浆孔径为25mm时,各浓度浆液渗透半径最大。用2%SH浆液加固后,抗压强度提高了2.6倍,抗崩解能力提高了1.63倍,因此2%SH浆液可以作为防风化加固材料最佳选择。     

PS溶液渗透对非饱和土的增强效应研究

特定模数硅酸钾溶液(PS)已广泛的用于我国西北干旱地区土遗址加固保护工程中,并且取得了显著的效果.但是PS对潮湿地区遗址土加固效果,目前尚缺乏成熟的理论和实验验证.本文从室内试验的资料出发,研究PS对潮湿地区土遗址非饱和土的增强效应.本次研究土样取自位于潮湿环境中的浙江杭州良渚土遗址(3000 B C.),在实验室内对...     

高分子材料SH渗透加固遗址土的效果研究

西北地区的土遗址由于外界环境对其破坏作用以及自身的物理力学性能相对较差的原因,导致其逐渐消失。对土遗址坍塌、掏蚀等部位,可以采用拌和回填的方式进行恢复,而表面风化则需要喷洒或钻孔注浆进行加固。本文对经高分子材料SH渗透加固后的遗址土的抗崩解能力、抗干湿循环能力、抗冻融循环能力以及NaCl易溶盐的迁移特点从质量损失率的角度进行研究分析,发现经SH渗透加固后抗崩解能力大大提高、抗干湿循环的能力随干密度的增大而增大、抗冻融循环能力变化受含水率和干密度共同影响,干密度越小,平衡含水率值越大、SH能够抑制水分向土体上部迁移,最后对以上各种试验现象进行合理的解释。     

PS加固对非饱和遗址土的渗透特性影响研究

高模数硅酸钾（简称PS）对西北干旱区的土遗址具有明显的加固效果,其加固后的土体也具有较好的渗透性。采用VJ-T非饱和土渗透仪和常规压力板仪测试了PS加固前后饱和样的渗透系数和非饱和土的土-水特征曲线(SWCC),并利用相关模型预测了非饱和土的渗透系数。结果显示,PS加固以后,在各个含水条件下的渗透性都有一定程度的提高,7%PS加固样表现非常明显。其原因是PS与土颗粒进行了非常复杂的物理化学变化,在反应中颗粒的几何形状发生变化,大量棱角弱化或消失,土颗粒磨圆度变好。同时,孔隙壁变得光滑、平直,孔隙弯曲因子减小,有效孔隙增大,这些因素导致了非饱和黏土的渗透性能有较大幅度提高。电镜测试分析了PS加固以后黏土颗粒及孔隙的变化,较好地验证了渗透性试验的结果     

楠竹加筋复合锚杆内部界面黏结滑移模型

楠竹加筋复合锚杆已经应用于中国西北丝绸之路上留存的古代土遗址保护加固工程中。该锚杆截面积大,可以获得足够大的锚固力。针对现场拉拔试验中钢绞线从内黏结剂中拔出的破坏形式,设计了专门的试件及夹具,试验研究了钢绞线与内黏结剂间的力学行为。试验结果表明,钢绞线与内黏结剂的黏结滑移分为指数上升阶段、软化下降阶段和残余应力阶段3个阶段,可以用简化模型和精确模型描述。试验还表明,钢绞线与内黏结剂接触界面上应力分布不均匀,靠近加载端的应力较大,且有应力峰,应力峰随荷载的逐渐增大向远离加载端的方向移动;钢绞线与内黏结剂间平均剪切应力随锚杆的长度增大呈指数衰减。通过理论分析,给出了界面黏结滑移微分方程及相关曲线,结果表明,钢绞线轴力及界面相对滑移沿钢绞线均呈不均匀分布,且随着距加载端的距离增加其值急剧下降,该规律可以指导锚杆设计及工程应用。     

干旱区土遗址盐渍带风蚀损耗效应微观机制研究

基于西北干旱地区典型土遗址盐渍带盐分野外观测和定性分析结果,初步总结了土遗址盐渍土带特征并阐释了风蚀损耗效应的概念;通过对掺入不同含量2种盐渍带常见盐分Na2SO4和NaCl,并经历干湿循环的遗址土重塑样的风洞模拟试验和微结构分析试验,揭示了盐渍带中常见盐分发生的盐渍过程会对遗址土抗风蚀能力产生显著的影响;并通过统计学分析方法证实了试样的风蚀速率与有关孔隙的部分微结构特征参数之间存在着良好的对应关系;最后结合定性分析和试验研究结果,从微观角度对土遗址盐渍带土的风蚀损耗机制进行了初步的讨论。     

Preservation of earthen heritage sites on the Silk Road,northwest China from the impact of the environment

The Silk Road played an important role in the economic and cultural exchanges between central China, Europe and Central Asia. A number of heritage sites with significant values still remain throughout the Gobi Desert and other desert regions in Northwest China. Most of the heritage sites composed of adobeern materials and the earthen structures have been impacted by adverse environmental conditions for thousands of years causing severe damage with only a small proportion of the structures left surviving to the present day. Analysis of the main environmental factors affecting the heritage sites such as temperature difference, wind storms, rain storms, and the freeze–thaw process and a study of the mechanism of the deterioration are the main topics presented in this paper. The authors have concluded that a Potassium–Silica solution PS invented by one of the authors has been effective in improving the intrinsic properties of heritage site earthen structures with regard to reducing the impact of environmental damage. The results of comparative tests show that samples treated by using the PS solution have performed well, particularly in protecting structures from aeolian erosion and heavy rainfall. Some findings on the effect of PS treatment on earthen structures at heritage sites are discussed in detail in the present paper.     

干旱区土建筑遗址冻融耐久性研究

在我国的西北地区,强烈冻融、风蚀等对性质脆弱的土建筑遗址安全构成极大威胁。研究了冻融循环对土遗址耐久性的影响。选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了冻融循环试验,监测冻融过程中的质量变化,并在冻融循环结束后进行了风洞试验和强度试验。冻融试验结果表明,在试样初始含水率较低的情况下,前5个冻融循环,试样经历了一个质量增大的过程;在随后的冻融过程中伴随着冻干和吸湿,原状试样质量的整体趋势是减小的,重塑样质量的变化趋势维持水平。随冻融循环次数增大,原状试样的微结构出现损伤,强度减小,风蚀量增大,即耐久性持续变差。相反,冻融循环初期,重塑样的强度有所增大,风蚀量减小,耐久性得到了提高;随着冻融循环的增加,重塑样的强度开始下降。重塑试样由于重塑过程中其结构受到破坏,强度弱化,冻融循环引起重塑土的“陈化”,愈合了土体的结构,但随着冻融进行,矿物颗粒的微结构损伤不断增大,试样的耐久性降低