西北粉土遗址修复材料的改性试验及其力学特性模拟

发布时间：2020-04-01 02:40

【摘要】：中国是历史悠久的文明古国,拥有五千多年的历史文化,给我们留下了众多的文物古迹,这些历史遗迹具有重要的历史价值和社会意义。西北地区是我国古丝绸之路的起点,文物古迹分布广泛,其中有不少著名的土遗址。土遗址是众多文物古迹较为特殊的一种,其主要载体是“土”这种材料,例如汉长安城和统万城等。大多数的土遗址的占地范围广,属于大遗址的范畴,受环境的影响非常明显。我国现存土遗址的保护情况较不容乐观,很多遗址受损严重,亟待修复。因此尽快深入开展土遗址的保护修复研究是必要和迫切的。有鉴于此,本文以陕北典型粉土遗址为研究对象,基于“就地取材,以土修土”的研究思路,以土体改性为主要研究手段,以期探寻出适宜于粉土遗址修复保护的新方法,并对其可行性进行了试验验证。考虑到土遗址作为文物,不宜开展过多的试验。因此本文在试验的基础上,还对遗址土及其仿制土的力学特性进行了模拟,并将模拟结果和实测数据进行了对比分析。与传统的化学和物理修复加固法有所区别,本文选用土遗址附近的土作为主要修复材料,分析筛选环保型材料分别掺入土中进行单掺改性试验,根据试验结果选择效果较好的材料开展混掺改性试验,最终以优选掺入材料和配比来仿制原遗址土。测试改性仿制土样的工程性质并与原遗址进行对比分析,以检验试验结果的可行性。在此基础上,建立了基于UH理论的本构模型,对改性仿制土样和原遗址土样的应力应变关系进行了模型验证。改性试验的结果表明:对于修复材料的单掺试验,采用6%的水硬性石灰或8%的木质素的改良土样,各项工程性质指标与原遗址土样相近或稍优,考虑经济可行性,这两种材料的单掺土样可应用于土遗址的局部修复保护;对于修复材料的混掺试验,采用0.25%的聚丙烯纤维对2:8灰土进行改性或5%的淀粉醚对1:9灰土进行改性所得到的改良土样,各项工程性质指标与原遗址土样相近或稍优,由于石灰是传统的土的改性材料,价格优势明显,因此这两种混掺改性方案可应用于土遗址的大规模修复保护。以先期固结压力的等效值和UH模型为基础,对于土遗址及其改性修复材料的力学特性进行了模拟,模型计算曲线和试验数据较为相符,这为土遗址的有限元计算提供了模型基础。本文针对土遗址的修复保护进行了一系列的试验和理论工作,研究成果将会为土遗址的修复保护提供理论依据和试验支持,具有重要的应用价值和现实意义。
【图文】：

技术路线图,改良材料,遗址,保护工作

图 1.1 技术路线图1.5.2 实施方案土遗址修复保护工作是由文物部门负责的，但土遗址所用的建筑材料是土，属于土力学的研究范畴。近年来文保部门和岩土工程界的合作越来越密切和广泛，运用土力学的知识来解决土遗址修复保护工作中的问题也成为岩土专业人员一个新的重要的研究领域，本文将通过开展大量土工试验，来研究土遗址的工程特性，通过土遗址修筑材料的改性试验，优选出适合的修复材料，在试验的基础上，建立适用于遗址土和修复用土的本构模型，预测其应力应变关系，为土遗址的数值计算提供理论支持。研究将从岩土工程的角度为土遗址的修复保护提供试验参考和理论指导。本文的具体实施方案如下：通过大量阅读参考文献，与老师初步确定试验方案。现场取土，分别对遗址土和附近土样开展物理力学及环境耐久性等试验。购买各类改良材料，将每种改良材料与土遗址附近土样按照不同掺入比例混合均匀后制成改良试样，测试其物理力学指标，与原遗

统万城,遗址

它是北方匈奴留下的唯一城池，距今将近有 1600 多年的历史。万城是我国古代筑城史上非常著名的代表。其始建于公元 413 年，竣工于汉奢延城改筑而成。外廓城和内城构成了整个城址，东城和西城包含于内、东城和西城自东向西布置。俯视外廊城外形是长方形，邻边总和约为边总和约为 1283 米，西城则是 1235 米。统万城遗址全部是用夯土的方法无定河台地的上面。城市的基本格局一直保留至今。鉴于统万城在我国土性和代表性，本研究以统万城遗址土为研究对象，开展西北土遗址修复保优化的研究。一般工程常见土相比，，原遗址与其相差较大，修复土遗址和适当的修复材就是掌握土的工程性质，通过研究它的物理力学性质，为土遗址的修复保实基础。本次研究所用的土样均取自现场，对其物理、力学和环境耐久性《土工试验规程》(SL237-1999)为依据。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU41

【参考文献】