SH加固含有机质遗址土工程性质研究

发布时间：2020-06-13 06:28

【摘要】：我国西北地区由于该区域特殊的气候环境,大量土遗址得以留存下来;然而这些遗址在自然风化作用下仍处于濒危之中,以青海大通娘娘山明长城遗址为例,由于该地区降水量较大,气候湿润,由水蚀带来的次生病害尤为严重,生物病害是该地区遗址突出的问题。夯土在有机质的作用下,不断破坏,丧失原有的建筑形式,逐步劣化为土壤。土体中有机质的主要成为为腐殖质,腐殖质元素组成及结构复杂多样,且具有吸附能力强、抵抗微生物分解等特性,是土体中稳定存在的一部分。因此,研究保护材料-土体-腐殖质的相互作用对该区域土遗址的加固及保护至关重要,研究结果对该类遗址土以及固化含腐殖质土的应用有非常深远的意义。本文在总结国内外研究含腐殖质土及其加固的研究现状和夯土长城土壤化过程研究的基础上,首先对大通娘娘山明长城遗址进行工程地质调查,掌握该区的工程地质资料后,对长城遗址本体保存现状做了详细的现场勘察;长城背阴面区域长有大量山林,遗址周围包括长城本体区腐殖化严重,且腐殖区域有不断扩大的趋势。因此,于该区域取典型土样,进行了一系列物理力学试验,同时使用兰州大学自主研发的SH材料,对该土样进行拌合加固,以进行SH加固含腐殖质土的力学性质、耐候性和微观等试验研究。最后根据试验结果对SH-土粒-腐殖质之间的作用机理进行讨论。通过以上试验得到如下结论:1.大通娘娘山长城遗址由于其特殊气候、地质环境,长城墙体及载体等受到不同程度的影响,部分甚至土壤化。因此有必要对土体采取加固措施,抑制土体的进一步破坏。通过对加固前后土样的微观试验可知,土颗粒的大小、形态以及吸附能力等等都产生明显变化,土体工程地质性质的改善正是这种变化的集中体现。2.遗址土体内的有机质及其主要成分腐殖质,腐殖质元素组成、结构特征及其在土中的赋存状态,一定程度上可从而影响土体的结构和强度。而经SH加固后的含腐殖质遗址土体,其的物理力学性质及耐候性能有一定的改善,能很好地满足土遗址保护材料的要求。3.SH-土颗粒-腐殖质三者间相互作用复杂,且SH与土颗粒和腐殖质都有很好的加固作用,从而导致土体内部微粒产生变化。通过一系列试验证实了SH作为含腐殖质土加固材料的可行性和科学性。4.SH加固含腐殖质土实际应用时,应综合考虑土体有机质含量、施工时间等因素,并通过室内及现场的相关试验,确定SH的使用量和养护时间及方式等等。SH加固含腐殖质土试验结果为SH应用于当地遗址土的加固和研究提供依据,同时对高分子材料加固含腐殖质土的研究有重要意义。
【图文】：

富里酸有较强的酸性。胡敏酸、富里酸分子结构如图1-1 和图 1-2 所示。由图 1-1 和图 1-2 可知，从腐殖酸结构上看，苯环为分子基础结构，从而为其吸附作用的产生提供基础。胡敏酸分子量大，苯环多，分子结构紧密且复杂，其分子上含氧官能团量较大；而富里酸分子量较小，分子结构松散。不同土壤其内部腐殖酸含量不同，腐殖酸结构也略有变化，性质上也有所差异。图 1-1 胡敏酸分子结构[24]图 1-2 富里酸分子结构[24]从胡敏酸分子量上看，其分子量较大，相关学者认为胡敏酸的酸性来源主要为其上的丰富的羧基和酚羟基，，同时也是使其分子具有离子交换和强结合能力的主要官能团，宏观上讲，即使土物理化学性质产生改变。据研究，胡敏酸是具有同一结构基础但细部结构略有差别的多相和多分散性的分子群[25]。胡敏酸化学颜色为黑色，有较好的水溶性，溶液呈弱酸性。胡敏酸分子及其颗粒结构呈海绵状，从而使其持水能力巨大；其结构松散，内部微孔隙量大，使其对土体形成良好的吸附。胡敏酸与土颗粒相互作用后，可形成一个亲水性和憎水性组分呈定向排列物质氢离子（H+）羧基（-COOH）酚羟基（Ar-OH）醇羟基（R-OH）羰基（C=O）胡敏酸 5.60-8.90 1.50-5.70 2.10-5.70 0.20-4.90 0.10-5.60富里酸 6.40-14.20 5.20-11.20 0.30-5.70 2.60-9.50 1.20-4.20

芳香环则连接不同数量和类型的含氧官能团。其含氧基团主要有：羧基、酚羟基、醇羟基和羰基等；此外还有少量的甲氧基和酮基等。正是这些基团的存在，为腐殖酸带来不同的分子特性。胡敏酸和富里酸含氧基团如表 1-2 所示。表 1-2 胡敏酸和富里酸含氧基团[15]（mol/kg）由表 1-2 知，胡敏酸中羧基含量较少，腐殖酸中的羧基和酚羟基电离出的氢离子为其提供酸性，因此，富里酸有较强的酸性。胡敏酸、富里酸分子结构如图1-1 和图 1-2 所示。由图 1-1 和图 1-2 可知，从腐殖酸结构上看，苯环为分子基础结构，从而为其吸附作用的产生提供基础。胡敏酸分子量大，苯环多，分子结构紧密且复杂，其分子上含氧官能团量较大；而富里酸分子量较小，分子结构松散。不同土壤其内部腐殖酸含量不同，腐殖酸结构也略有变化，性质上也有所差异。物质氢离子（H+）羧基（-COOH）酚羟基（Ar-OH）醇羟基（R-OH）羰基（C=O）胡敏酸 5.60-8.90 1.50-5.70 2.10-5.70 0.20-4.90 0.10-5.60富里酸 6.40-14.20 5.20-11.20 0.30-5.70 2.60-9.50 1.20-4.20
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU-87;K878

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本文编号：2710790