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。     

交河故城瞭望台保护加固技术

交河故城遗址是第一批全国重点文物保护单位,瞭望台是交河故城内重要建筑遗址,它的主要病害是表面风化、裂隙密布、洞顶失稳。在分析病害形成机理的基础上,重点研究了生土遗址保护加固的几个关键技术,对掏蚀深度相对于悬挑土体厚度较小的土遗址,当基础掏蚀深度小于块体宽度的30 %时,可不采用砌补技术,只进行表面防风化处理;可选择竹木锚杆、PS-C浆液灌浆加固生土遗址,锚杆的单位锚固力可采用5 kN/m;采用新奥法加固洞顶可较好地保持文物原貌;西部干旱地区采用PS材料对土遗址进行防风化加固时应采用低浓度（小于5 %）、多次渗透的方式,迎风面渗透次数应不少于3遍,背风面应达4～5遍,并应合理选择施工时间。工程实践检验表明,这些保护技术取得了理想的加固效果。     

交河故城瞭望台保护加固技术

交河故城遗址是第一批全国重点文物保护单位，瞭望台是交河故城内重要建筑遗址，它的主要病害是表面风化、裂隙密布、洞顶失稳。在分析病害形成机理的基础上，重点研究了生土遗址保护加固的几个关键技术，对掏蚀深度相对于悬挑土体厚度较小的土遗址，当基础掏蚀深度小于块体宽度的30 %时，可不采用砌补技术，只进行表面防风化处理；可选择竹木锚杆、PS-C浆液灌浆加固生土遗址，锚杆的单位锚固力可采用5 kN/m；采用新奥法加固洞顶可较好地保持文物原貌；西部干旱地区采用PS材料对土遗址进行防风化加固时应采用低浓度（小于5 %）、多次渗透的方式，迎风面渗透次数应不少于3遍，背风面应达4～5遍，并应合理选择施工时间。工程实践检验表明，这些保护技术取得了理想的加固效果。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

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.     

不同遗址土的热物理参数研究

为了研究干密度、含水率和NaCl含量对遗址土热劣化的影响,采用Hot Disk热常数分析仪对良渚遗址、交河故城遗址和通古斯巴西古城遗址的遗址土重塑样进行了热物理参数的测试,分别确定了遗址土的导热系数、热扩散系数和体积比热随干密度和含水率的变化关系。对通古斯巴西古城遗址重塑样掺入了不同含量的NaCl,研究了含盐量对遗址土重塑样导热系数的影响。结果表明,当含水率与干密度增加时,3种遗址土的导热系数均呈线性增长,热扩散系数和体积比热也随着含水率与干密度的增加而增大;相同条件下3种遗址土的热物理参数存在差异,良渚遗址的较大,交河遗址的较小,通古斯巴西古城的居中总体上与土中SiO2含量成正相关关系。当干密度与含水率一定时, 掺入NaCl增加了遗址土的导热系数。     

浙江良渚遗址群环境演变与人类活动的关系

良渚遗址群是距杭州市西北18 km的良渚镇和瓶窑镇毗邻地带间许多遗址的总称,代表了良渚文化发展的最高成就,是良渚文化的中心.根据在2007年发现的良渚古城墙外侧开挖的良渚北剖面、良渚西剖面沉积样品的粒度分析、孢粉分析数据,以及综合区域内多个剖面地层对比,恢复了该地区全新世环境的演变过程.研究表明,全新世良渚遗址群内环境...     

钙基液态水硬性加固剂用于潮湿土遗址的加固保护

通过对钙基液态水硬性加固剂的研制,对潮湿环境土遗址的加固保护进行了探索性研究。X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析结果表明,已成功制出了潮湿土样水硬性加固所需的纳米材料。同时,研究发现,氢氧化钙在650 ℃下用马弗炉煅烧1.5 h后,可得到直径约50 nm、长度约200 nm的针状二次生石灰;这种二次生石灰经水消化后,会成为粒径在200～300 nm左右、大小十分均匀的扁平椭圆状纳米氢氧化钙颗粒;氧化钙在密封陈化一段时间后,也可使氢氧化钙的粒径达到纳米级。土样加固试验的结果显示,纳米石灰的乙醇分散液的渗透性优于分析纯氢氧化钙,钙基水硬性加固剂对潮湿土样的加固效果较为明显,有望成为一种适合于潮湿环境土遗址加固的新型材料。     

Conservation of natural and cultural heritage in Dunhuang,China

A country's natural and cultural heritage is created in a unique environment, and for this heritage to survive, it must be preserved in a similar environment. In China, 60 years of afforestation to combat desertification near the Mogao Grottoes and the Crescent Moon Spring have shown that attempts to protect the regional environment have not protected these heritage sites, and may actually have endangered them. Conserving the environment's original state may be the most effective solution for heritage conservation where sites have survived under a specific set of physical and environmental conditions for hundreds or thousands of years and may not be able to survive a new environment. Man-made changes should only be attempted with great care to avoid damaging the conditions that have preserved the natural or cultural heritage in the long term.     

干旱环境下土遗址夯补支顶加固变形机制室内试验研究

在自然力和人为活动影响下,地处干旱半干旱地区的长城、交河故城、北庭故城等土遗址,其墙体根部因掏蚀而大面积悬空,甚至造成局部区域坍塌。针对夯土遗址根部严重掏蚀问题,采用夯筑支顶加固措施既符合文物保护的基本原则,也遵循保存原材料与原工艺的要求,且加固效果显著。然而大体积夯筑支顶体在固结和失水干缩作用下,与原遗址墙体之间形成较大的裂隙,宽度达1～3 cm。如何控制和减小夯补体与原遗址体之间的收缩缝隙,成为实现大体积夯筑砌补加固的关键。基于固结理论和失水收缩特性,在室内制作不同密度和级配的试块进行固结试验,以及不同形状土样试验的失水收缩量的数据统计,对比分析不同密度、级配条件固结变形、干缩变形的特征,拟合基于传统夯筑工艺的夯补支顶体固结、干缩变形的阈值,初步摸索出了预控大体积垂直方向变形的经验式,为预判大体积夯筑支顶体沉降机制提供可靠的理论依据。     

江苏宜兴骆驼墩遗址地层全新世沉积环境研究

主要通过对骆驼墩遗址地层样品的粒度和重砂矿物的鉴定、样品中锆石形态的对比研究,铷锶值的测定与分析,了解该区域全新世以来的沉积环境及其气候变化,探索气候变化与人类文明和文化发展的关系。对骆驼墩遗址文化层下的自然淤积层的粒度分析和锆石形态研究发现该区域在人类出现之前可能经历过浅水泻湖环境;  结合重矿物及铷锶研究发现,该区域在全新世早期降水量较大,气候较为湿热,之后气候逐渐变得温暖湿润,为人类文明的出现和文化的发展提供了一个优越的气候条件;  通过对地层中文化层样品的重矿物鉴定及百分含量分析、ZTR稳定系数及Rb/Sr分析发现,全新世的气候是不断变化的。尤其在马家浜文化时期、良渚文化时期和广富林文化时期气候经历过温湿与干凉的交替变化过程。同时良渚文化时期的中晚期稳定系数出现了该地层的最高值,说明当时气候较为湿热,降水量偏多,这与良渚文化的消失与洪水有关的结论相一致。