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。     

PS材料加固土遗址风蚀试验研究

风蚀是西北干旱地区土遗址破坏的主要动力机制和成因,强烈的风蚀作用致使许多土遗址坍塌殆尽,导致这一不可再生资源的破坏。通过对土遗址的室内和现场风蚀模拟试验研究发现,经PS（高模数硅酸钾）材料加固后土遗址的抗风蚀能力明显增强。室内试验发现,风蚀量随风速的增长而增加、随风蚀时间延长近线性增长,PS材料浓度大于5 %的加固试样,即使风速达20 m/ s时,风蚀量均小20 (kg/ m2)•h,抗风蚀强度提高 6～10 倍。现场模拟试验结果表明,加固材料的入渗深度和用量直接影响加固效果,中浓度PS材料加固的墙面抗风蚀能力最强。因此,选择适当的PS材料浓度、提高加固材料的渗透力是土遗址保护加固的关键,将对西北地区土遗址科学保护的全面开展起到重要的指导作用。     

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。     

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     

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...     

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     

SH材料加固夯筑遗址土耐久性试验及机理研究

以添加SH材料加固的明长城古浪段夯筑遗址土为研究对象,对其重塑样进行紫外老化试验、冻融循环试验及耐盐、耐碱试验,研究其力学强度特征及耐久性能,并采用扫描电镜（SEM）、EDS能谱分析以及粒度分析研究SH材料加固夯筑遗址土的机理。试验结果表明,经紫外老化的SH固化后试样的无侧限抗压强度随老化时间增长呈先增后降,SH含量高的试样强度呈一直增长的趋势;随着冻融循环次数的增加,试样的无侧限抗压强度逐渐降低,质量损失率逐渐增加,其中SH固含量为0.8%的试样表现出极好的耐冻性能;相比素土,加固后的试样耐盐、耐碱性能明显有所提高。由机理分析得出,SH材料主要通过团聚、氢键、架桥和包裹等作用使土颗粒排列紧密、增强连接性,提高了遗址土的各种性能;SH材料加固夯筑遗址土具有良好的耐久性能。     

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。     

河西走廊地区线性土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应研究

底部掏蚀区的形成和发展是干旱区受环境因素控制最为典型和危害最为普遍的土遗址病害之一,通过对河西走廊沿线12市县明长城遗址掏蚀区形态、盐分、干湿条件及风场特征的调查、监测与分析,发现了遗址阴阳坡掏蚀区的形态、含盐状态、风场条件和降雨过程中的温湿度变化均存在显著差异;并结合室内实验条件下脱盐后分别掺入不同含量NaCl和Na₂SO₄并经历3、6、9、12次干湿循环养护的遗址土重塑试样的风洞模拟实验,提出干旱地区土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应,揭示了盐分类型与含量、干湿循环次数、挟沙风风速和吹蚀时间对土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应的影响,最后结合调查分析和实验结果对其形成机理进行了初步讨论。     

Review and Prospect of the Study on Soil Wind Erosion Process

Soil wind erosion processes include mechanical process and dynamic changes of the factors affecting soil wind erosion, as well as the corresponding changes of wind erosion rate. The former is rich in experimental and theoretical researches that have clearly defined the process of particle starting, transporting and settling. The latter focuses on the dynamic changes of various wind erosion factors and the response of soil wind erosion rate to the change of the factors, of which systematic research of which is very limited. The difficulties in research of soil wind erosion process include: ①Dynamic parameterization of wind erosion factors; ②Observation and quantitative expression of the dynamic changes of wind erosion factors; ③Scaling problem of wind erosion process; ④Prediction ability of wind erosion models. At present, it is urgent to carry out the following work on soil wind erosion. The first is to establish standard wind erosion observation field in typical regions to obtain continuous and complete data of wind erosion in the field; the second is to study the saturation path of wind sand flow to solve scale problem; and the third is to construct a wind erosion model with solid theoretical foundation and fully consider both mechanical process of soil wind erosion and dynamic changes of the factors.     

多元层状边坡土体风蚀速率与微结构参数关系

吐鲁番交河故城台地多元层状土质边坡由于风蚀而形成空腔的现象表明,不同类型的土具有不同的抗风蚀能力,抗风蚀能力的强弱是多因素影响的共同结果,微观结构是其中一个重要内因。风蚀速率是表征土抗风蚀能力强弱的重要物理量,研究运用风洞试验、微结构分析等手段揭示了风蚀速率与颗粒面积比、颗粒圆度、孔隙等效直径、孔隙充填比等微结构特征参数之间的良好对应关系;进而采用相关分析法分析并证实风蚀速率与各特征参数间的良好相关关系,应用回归分析方法建立3个试验风速下风蚀速率与单个参数和多个参数之间的回归方程,验证了微结构特征对土抗风蚀能力有显著影响,进而为土抗风蚀能力的评价提供了微观依据。     

坡地氮磷流失过程模拟

根据农田坡面氮、磷流失的主要过程,建立了基于次降雨事件的坡面氮、磷迁移模型。模型采用改进的Green-Ampt方程和运动波方程计算下渗与坡面流,土壤侵蚀采用修改的欧洲土壤侵蚀模型计算,用考虑了侵蚀影响与扩散作用的迁移模型计算坡面氮、磷迁移过程,采用一维对流扩散方程计算氮、磷在土壤中的迁移过程。利用室内人工降雨资料对模型进行了率定及验证。结果表明,模型可以较好地模拟地表径流中氮、磷浓度,率定期与验证期模型效率系数均在0.89以上。根据坡地氮、磷流失机理,分析了降雨强度与地表坡度对坡面径流中氮、磷浓度的影响。     

交河故城崖体拉裂-倾倒破坏模式

交河故城崖体差异风蚀和次生卸荷裂隙发育部位破坏严重,研究二者对崖体破坏的影响以及在其影响下的破坏模 式,对加固崖体和保护交河故城具有重要意义,运用有限元软件ANSYS对崖体在差异风蚀和次生卸荷裂隙作用下进行数值模拟。为验证有限元软件模拟结果的可靠性,采用底面摩擦试验对崖体破坏演变过程进行模拟。ANSYS模拟结果表明,被裂隙切割土体最大位移为487.326 mm,崖体卸荷裂隙根部塑性应变最大,崖体拉裂-倾倒破坏。底面摩擦试验结果表明,经过2.7 h崖体顶部的裂隙张开度约20 mm,土体已经倾倒破坏。土体拉裂-倾倒破坏模式为：被卸荷裂隙切割的粉质黏土层底部临空,在重力作用下拉张卸荷裂隙的根部被切割,土体将发生倾斜变形,可能拉断卸荷裂隙的根部而使土体倾倒失稳。针对差异风蚀和次生卸荷裂隙对崖体破坏的影响,提出崖体加固方案。     

风蚀对中国北方脆弱生态系统碳循环的影响

风蚀是中国北方脆弱生态系统土壤质量退化和沙漠化的关键因素。文章基于土壤剖面普查和土壤侵蚀遥感调查数据,计算出风蚀土壤有机碳的侵蚀量和空间分布,并与风蚀区的净第一性生产力(NPP)比较。结果发现土壤风蚀区的一个显著特征是表层土壤有机质含量较小,并且随着土壤风蚀强度的增加,相应的表层土壤平均有机质含量和NPP基本上逐渐减小,而相应的土壤有机碳的侵蚀量却明显增大。在中国北方严重风蚀的脆弱生态区,土壤有机碳的侵蚀量超过了NPP,风蚀影响了生态系统的正常碳循环。     

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     

Erosion Resistance of HPTRM Strengthened Levee from Combined Wave and Surge Overtopping

Post-Katrina investigations revealed that most earthen levee damage occurred on the levee crest and land-side slope as a result of either wave overtopping, storm surge overflow, or a combination of both. This study addresses erosion resistance performance of a levee strengthening technique—high performance turf reinforcement mat under combined wave and surge overtopping conditions using full-scale flume tests as well as erosion function apparatus (EFA) tests. Based on the results of full-scale flume tests, an “upper limit” of soil loss is observed for certain flow conditions. Erosion rate was presented as a function of velocity and freeboard. The effect of duration of overtopping on the erosion depth is also determined. The results of EFA tests indicate that the presence of grass roots substantially improve the critical velocity and soil erodibility.     

A simple model for the prediction of the deflation threshold shear velocity of dry loose particles

A very important parameter in aeolian equations is the deflation threshold shear velocity, which quantifies the instant of particle motion. In this paper, a simple model is presented for the prediction of the threshold shear velocity of dry loose particles. It has the same functional form as the widely used models of Bagnold (1941) and Greeley & Iversen (1985), but differs in its treatment of the so‐called threshold parameter. As the new expression was based on the moment balance equation used by Greeley & Iversen, it includes a function for the aerodynamic forces, including the drag force, the lift force and the aerodynamic moment force, and a function for the interparticle forces. The effect of gravitation is incorporated in both functions. However, rather than using an implicit function for the effect of the aerodynamic forces as in the Greeley & Iversen model, a constant aerodynamic coefficient was introduced. From consideration of the van der Waals' force between two particles, it was also shown that the function for the interparticle cohesion force is inversely proportional to the particle diameter squared. The model was calibrated on data reported by Iversen & White (1982). The new expression compared, at least for terrestrial conditions, very well with the Greeley & Iversen model, although it is much simpler. It was finally validated with data from wind‐tunnel experiments on different fractions of dune sand and sandy loam soil aggregates. The soil aggregates were treated as individual particles with a density equal to their bulk density. The good agreement between observations and predictions means that, when predicting mass transport of particles above a given soil, minimally dispersed particle‐size distributions should be considered rather than the granulometric composition of the soil.