草本植物根系对开封古城墙的力学试验研究
发布时间：2022-01-20 04:35
开封城墙是中国现存的最完整的古城墙之一,国家级文物保护单位,具有重要的人文、历史、旅游价值。但是,历经岁月发展,城墙的工程安全与稳定急需进行系统的研究和分析。对开封古城墙的病害现状进行调研,实地考察发现城墙墙体出现局部塌落、开裂、风化、盐析、酥粉、剥落、凹进、不均匀沉降等病害现象。同时发现城墙墙体及坡体存在多种植物群落,就坡体而言植物根系能起到较好的固土护坡作用,但就墙体而言植物根系的生长会加快病害的发展,影响城墙整体稳定性。目前,对古城墙的研究,大多集中于古城墙的修复、发展及文化价值等方面。植物根系的研究,则多集中于根土复合体的受力模型、强度理论、复合材料等方面。而关于植物根系对古城墙的影响研究目前较为鲜有,因此需对其进行进一步深入研究。本文以开封古城墙为研究对象,综合运用理论分析、土体试验等方法进行以下内容的研究:（1）通过颗粒筛分试验、固结试验、界限含水率试验,获得城墙坡面土的基本物理参数。通过冻融循环试验和直剪试验获得城墙坡面土的力学性能参数。（2）采集城墙典型植物样本并种植应季植物,将植物根系处理干净后制备根土复合体试件。通过力学试验,对比分析植物根系对城墙坡面土的作用影响。...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
炮孔下的城墙
草本植物根系对开封古城墙的力学试验研究4（a）A段城墙（b）B段城墙图1-1炮孔下的城墙随着人们需水量的增加，城市地下水位持续下降，致使原地下水线以下土层中的有效自重应力随之增加，地面下沉而使得地基产生不均匀沉降。而地下水位上升后，与原水位线间的土体压缩性增加，土压力增大[26,27]。开封古城墙经历多次黄河决堤及朝代更替，经史书可考，地下土层可分为七层。当古城墙所处的地下水位持续性上下波动，会使古城墙的地基产生不均匀沉降[28]。如图1-2所示，部分墙段出现明显的不均匀沉降。（a）A处沉降段（b）B处沉降段图1-2城墙部分区段的不均匀沉降在城墙考察中发现，偶有城墙顶部存在木本植物，其根系为垂直型主根且粗根根长占比较大，随扎根深度的增加侧根与主根间的夹角也逐渐增大[29]，由此产生的膨胀
1绪论5应力会使城墙墙面隆起开裂产生裂缝，同时也会因上部荷载过大而引起部分墙体的不均匀沉降，如图1-3所示。（a）膨胀应力裂缝（b）上部荷载过大图1-3局部荷载过大所导致的破坏图1-4中的城墙位于开封市东环北路与东京大道交叉口东南方向，经雨水冲刷及自然风化，墙身出现明显剥落、损毁现象。其上部拱形结构表层覆盖大面积草本植物，因拍摄距离较远，拍摄季节为深秋，暂无法确定植物种类。拱形结构及下部墙身，可明显发现结构表面凹凸不平，墙砖呈片状脱落，分析其原因可能为生长在顶部的植物扎根于砖块裂缝中并大面积覆盖顶部结构表层，夏季多雨时节根系、枝叶吸水膨胀，增大土体间的孔隙率、部分墙体结构的含水率及上部结构自重。秋季时节植物凋零，根系逐渐失水萎缩，使土体及墙体间的孔隙率增大，秋雨顺着孔隙及裂缝渗入墙体内部，使积水聚集、堆积于固定位置，土体的粘聚力c和内摩擦角φ减小，抗剪强度降低，土体重度增大、墙体侧向变形增大，最终发生破坏、产生裂缝[30]。水在0~4℃时由于水分子间的氢键而出现反膨胀现象，当温度高于4℃后又会出现常规的热胀冷缩现象，部分结构反复出现胀缩现象使结构内部产生微裂纹，微裂纹随胀缩次数的增加而累积发展[31,32]。在寒冬时节城墙内部水分受冻产生冻胀变形，发生冻融破坏，结构在吸水饱和时该破坏现象更为明显。上述破坏现象随城墙内部含水率的增大、植物根系的延伸发展、环境温度的变化及冻融次数的增多而叠加发展。
【参考文献】：
期刊论文
[1]植被根系固土抗剪强度试验研究[J]. 奚灵智,王龙威,王颖,白玉霞. 河北工程大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]中国传统三合土材料配方的试验研究[J]. 易识远,魏国锋,张秉坚,刘效彬. 西北民族大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]以纪录片为载体的历史文化古城形象再构与提升——以开封市为例[J]. 闫小芬. 华北水利水电大学学报(社会科学版). 2019(06)
[4]淮安城的城墙、城门与空间结构[J]. 王聪明. 中国名城. 2019(12)
[5]冀中南地区狗牙根草坪营养体建植与养护技术[J]. 张朋勇,孙熙喏,边秀举,李会彬. 现代园艺. 2019(15)
[6]开封城墙西门清代夯筑材料科学分析[J]. 王嘉堃,周双林,李东红. 河南城建学院学报. 2019(03)
[7]城市双修背景下古城历史风貌区更新策略研究——以开封市复兴坊街区为例[J]. 张凯,王亚昆,赵博. 城乡规划. 2019(03)
[8]琼北火山村墙体植物多样性及其生态学意义[J]. 洪峰,魏亚情,袁浪兴,史佑海. 热带作物学报. 2019(04)
[9]入侵植物小蓬草的细菌群落组成和多样性研究[J]. 程丹丹,赵菁,田忠赛. 安全与环境工程. 2019(02)
[10]南京城墙本体典型病害与分析[J]. 张琪. 遗产与保护研究. 2018(12)
博士论文
[1]高速公路路域生态恢复研究[D]. 胥晓刚.四川农业大学 2004
硕士论文
[1]广州炮台传统三合土材料配比分析与修复研究[D]. 周抒凝.西北大学 2019
[2]中国传统建筑材料三合土的成分分析检测方法研究[D]. 郑烨.浙江大学 2016
[3]反复冻融循环条件下粉砂土的力学特性研究[D]. 王晶.石家庄铁道大学 2014
[4]基于文化生态学的开封古城保护与更新研究[D]. 柏强.河南大学 2013
[5]南京明城墙东水关—狮子山段植物调查及其景观研究[D]. 张阳.南京农业大学 2011
[6]开封城墙防御体系研究[D]. 朱黎明.河南大学 2011
[7]PEG诱导水分胁迫下的几种园林地被植物生长及生理生化特性的研究[D]. 洪晓晓.湖南农业大学 2010
[8]临海市古城墙保护研究[D]. 郑琦.浙江大学 2009
本文编号：3598181
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
炮孔下的城墙
草本植物根系对开封古城墙的力学试验研究4（a）A段城墙（b）B段城墙图1-1炮孔下的城墙随着人们需水量的增加，城市地下水位持续下降，致使原地下水线以下土层中的有效自重应力随之增加，地面下沉而使得地基产生不均匀沉降。而地下水位上升后，与原水位线间的土体压缩性增加，土压力增大[26,27]。开封古城墙经历多次黄河决堤及朝代更替，经史书可考，地下土层可分为七层。当古城墙所处的地下水位持续性上下波动，会使古城墙的地基产生不均匀沉降[28]。如图1-2所示，部分墙段出现明显的不均匀沉降。（a）A处沉降段（b）B处沉降段图1-2城墙部分区段的不均匀沉降在城墙考察中发现，偶有城墙顶部存在木本植物，其根系为垂直型主根且粗根根长占比较大，随扎根深度的增加侧根与主根间的夹角也逐渐增大[29]，由此产生的膨胀
1绪论5应力会使城墙墙面隆起开裂产生裂缝，同时也会因上部荷载过大而引起部分墙体的不均匀沉降，如图1-3所示。（a）膨胀应力裂缝（b）上部荷载过大图1-3局部荷载过大所导致的破坏图1-4中的城墙位于开封市东环北路与东京大道交叉口东南方向，经雨水冲刷及自然风化，墙身出现明显剥落、损毁现象。其上部拱形结构表层覆盖大面积草本植物，因拍摄距离较远，拍摄季节为深秋，暂无法确定植物种类。拱形结构及下部墙身，可明显发现结构表面凹凸不平，墙砖呈片状脱落，分析其原因可能为生长在顶部的植物扎根于砖块裂缝中并大面积覆盖顶部结构表层，夏季多雨时节根系、枝叶吸水膨胀，增大土体间的孔隙率、部分墙体结构的含水率及上部结构自重。秋季时节植物凋零，根系逐渐失水萎缩，使土体及墙体间的孔隙率增大，秋雨顺着孔隙及裂缝渗入墙体内部，使积水聚集、堆积于固定位置，土体的粘聚力c和内摩擦角φ减小，抗剪强度降低，土体重度增大、墙体侧向变形增大，最终发生破坏、产生裂缝[30]。水在0~4℃时由于水分子间的氢键而出现反膨胀现象，当温度高于4℃后又会出现常规的热胀冷缩现象，部分结构反复出现胀缩现象使结构内部产生微裂纹，微裂纹随胀缩次数的增加而累积发展[31,32]。在寒冬时节城墙内部水分受冻产生冻胀变形，发生冻融破坏，结构在吸水饱和时该破坏现象更为明显。上述破坏现象随城墙内部含水率的增大、植物根系的延伸发展、环境温度的变化及冻融次数的增多而叠加发展。
【参考文献】：
期刊论文
[1]植被根系固土抗剪强度试验研究[J]. 奚灵智,王龙威,王颖,白玉霞. 河北工程大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]中国传统三合土材料配方的试验研究[J]. 易识远,魏国锋,张秉坚,刘效彬. 西北民族大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]以纪录片为载体的历史文化古城形象再构与提升——以开封市为例[J]. 闫小芬. 华北水利水电大学学报(社会科学版). 2019(06)
[4]淮安城的城墙、城门与空间结构[J]. 王聪明. 中国名城. 2019(12)
[5]冀中南地区狗牙根草坪营养体建植与养护技术[J]. 张朋勇,孙熙喏,边秀举,李会彬. 现代园艺. 2019(15)
[6]开封城墙西门清代夯筑材料科学分析[J]. 王嘉堃,周双林,李东红. 河南城建学院学报. 2019(03)
[7]城市双修背景下古城历史风貌区更新策略研究——以开封市复兴坊街区为例[J]. 张凯,王亚昆,赵博. 城乡规划. 2019(03)
[8]琼北火山村墙体植物多样性及其生态学意义[J]. 洪峰,魏亚情,袁浪兴,史佑海. 热带作物学报. 2019(04)
[9]入侵植物小蓬草的细菌群落组成和多样性研究[J]. 程丹丹,赵菁,田忠赛. 安全与环境工程. 2019(02)
[10]南京城墙本体典型病害与分析[J]. 张琪. 遗产与保护研究. 2018(12)
博士论文
[1]高速公路路域生态恢复研究[D]. 胥晓刚.四川农业大学 2004
硕士论文
[1]广州炮台传统三合土材料配比分析与修复研究[D]. 周抒凝.西北大学 2019
[2]中国传统建筑材料三合土的成分分析检测方法研究[D]. 郑烨.浙江大学 2016
[3]反复冻融循环条件下粉砂土的力学特性研究[D]. 王晶.石家庄铁道大学 2014
[4]基于文化生态学的开封古城保护与更新研究[D]. 柏强.河南大学 2013
[5]南京明城墙东水关—狮子山段植物调查及其景观研究[D]. 张阳.南京农业大学 2011
[6]开封城墙防御体系研究[D]. 朱黎明.河南大学 2011
[7]PEG诱导水分胁迫下的几种园林地被植物生长及生理生化特性的研究[D]. 洪晓晓.湖南农业大学 2010
[8]临海市古城墙保护研究[D]. 郑琦.浙江大学 2009
本文编号：3598181
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3598181.html
