降雨条件下城墙内芯土渗透特性与改性研究
发布时间：2021-10-18 22:46
城墙作为中国建筑遗产重要的组成部分,具有珍贵的历史价值、文化价值以及艺术价值。作为军事防线的一部分,墙体和其它辅助军事设施构成古代军事防御设施。国内提倡对建筑遗产进行预防性保护,针对预防性保护,需要了解城墙在自然环境条件下出现的破坏形式以及破坏过程。目前,针对降雨条件下城墙破坏过程还没有完全掌握,根据破坏过程进行预防性措施并未完善。本文针对上述问题,通过Green-Ampt模型引入Lambe模型,对FLAC3D软件进行了二次开发,使其符合非饱和土渗流理论以及非饱和土稳定性计算理论。对城墙入渗破坏进行了数值模拟,模拟了不同降雨情况下城墙破坏过程。最后使用再生建筑骨料对原状土进行改性,针对改性土进行常水头实验和强度试验。实验仪器分别为TST-70渗透仪和ZJ型电动直剪仪,验证改性土的抗渗性能和强度性能,为降雨情况下城墙稳定性研究提供参考。论文的主要研究成果如下:（1）将Lambe模型引入Green-Ampt入渗模型,本文推导了考虑湿润层分层及导水系数随着深度变化而变化情况下的渗透方程。通过模拟结果与试验数据对比,改进后的模型与现实状况的误差更小。（2）模拟结果表明,城墙降雨入渗导致城墙破坏...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
入渗土层情况
第2章城墙入渗数值模拟研究12图2-1入渗土层情况Fig.5-1Soillayersunderinfiltrationsituation图2-2含水率分布图Fig.5-2Schematicdiagramofmoisturedistribution当1时，联合式2-7、式2-8得到：242wlbbahha++=(2-9)wwshaahbbh++=242(2-10)降雨的累计入渗量I可用下列算式进行计算：()0hlI=hdh(2-11)在湿润区分层情况下，将累计入渗量进行分层计算：饱和区含水量：()sslsI=h(2-12)过渡区的含水量：()4wslsIh=(2-13)
第2章城墙入渗数值模拟研究18城墙内芯土应力变化、位移变化等相关的稳定性参数变化情况。2.4.2计算参数设置以居庸关城墙作为实际模型进行数值模拟，模拟过程中对边界条件、降雨条件和二次开发的计算逻辑进行控制，保证在模拟过程与现实降雨条件下城墙内芯土破坏过程保持一致。本文建模采用三维计算模型,其尺寸与截取的城墙段尺寸一致，具体规格为平面为东西向矩形，底部东西长26.84m，南北深17.57m，台顶部东西长24.04m，南北深14.73m，高为9.5m，三维模型见图2-4。监测点设定为模型中心轴上高度分别为2m、4m、6m、8m的四个监测点，见图2-5。结合现场资料与第3、4章的试验数据，得到数值模拟的相关参数，见表2-1所示。模拟所需要的力学参数通过获取城墙勘察资料并参考古城墙力学参数综合取值[2]。三维模型由4095个节点和6163个单元组成。表2-1模拟参数表Table2-1Simulationparameters图2-4数值模拟模型Fig.2-4Numericalsimulationmodel土体类型天然含水率密度/(Kg·m-3)弹性模量/Pa孔隙率饱和渗透系数/(m·s-1)内摩擦角/°粘聚力/kPa泊松比粉土10%18202×1060.56.12×10-523.743.20.4
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同再生细骨料取代率下的再生混凝土单轴受压本构关系[J]. 谭艺帅,彭有开,吴徽. 混凝土. 2019(03)
[2]建筑垃圾再生微粉基本材性及对水泥胶砂性能的影响[J]. 周文娟,季志远,赵磊,何更新. 混凝土与水泥制品. 2019(03)
[3]分类再生细骨料砂浆配合比优化试验研究[J]. 郝彤,刘斌,王帅. 混凝土. 2019(02)
[4]改性再生细骨料对胶砂性能影响的试验研究[J]. 夏鑫,孙海燕,张帆,张韩,张有铭. 混凝土与水泥制品. 2018(10)
[5]基于离散元的西南某露天矿岩质高边坡稳定性分析[J]. 闫俊,韩文喜,齐得旭. 资源环境与工程. 2018(04)
[6]含拆除混凝土再生细骨料与外加剂的砂浆性能的数学模型（英文）[J]. 糜人杰,潘钢华,李阳,陆小军. Journal of Southeast University（English Edition）. 2018(03)
[7]建筑垃圾再生材料对可控低强材料（CLSM）性能影响研究[J]. 李飞,刘晨辉,吴英彪,王福晋,周理安. 混凝土. 2018(08)
[8]有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用[J]. 吴士德,贠永峰,刘向艺. 路基工程. 2018(04)
[9]Green-Ampt入渗模型国外研究进展[J]. 朱昊宇,段晓辉. 中国农村水利水电. 2017(10)
[10]古城墙变形破坏模式分类及识别[J]. 吴超英,李乐,王峥嵘,刘卫华,陈国庆. 工程地质学报. 2017(04)
硕士论文
[1]基于FLAC3D二次开发降雨入渗诱发非饱和黄土边坡破坏规律数值模拟研究[D]. 王青友.石家庄铁道大学 2019
[2]膨润土改性宁夏次生黄土的性能[D]. 张鹏.宁夏大学 2018
[3]建筑垃圾再生砖制备技术及其性能研究[D]. 周理安.北京建筑工程学院 2010
[4]古建城台长期力学性能和安全度有限元分析[D]. 余天和.清华大学 2009
本文编号：3443644
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
入渗土层情况
第2章城墙入渗数值模拟研究12图2-1入渗土层情况Fig.5-1Soillayersunderinfiltrationsituation图2-2含水率分布图Fig.5-2Schematicdiagramofmoisturedistribution当1时，联合式2-7、式2-8得到：242wlbbahha++=(2-9)wwshaahbbh++=242(2-10)降雨的累计入渗量I可用下列算式进行计算：()0hlI=hdh(2-11)在湿润区分层情况下，将累计入渗量进行分层计算：饱和区含水量：()sslsI=h(2-12)过渡区的含水量：()4wslsIh=(2-13)
第2章城墙入渗数值模拟研究18城墙内芯土应力变化、位移变化等相关的稳定性参数变化情况。2.4.2计算参数设置以居庸关城墙作为实际模型进行数值模拟，模拟过程中对边界条件、降雨条件和二次开发的计算逻辑进行控制，保证在模拟过程与现实降雨条件下城墙内芯土破坏过程保持一致。本文建模采用三维计算模型,其尺寸与截取的城墙段尺寸一致，具体规格为平面为东西向矩形，底部东西长26.84m，南北深17.57m，台顶部东西长24.04m，南北深14.73m，高为9.5m，三维模型见图2-4。监测点设定为模型中心轴上高度分别为2m、4m、6m、8m的四个监测点，见图2-5。结合现场资料与第3、4章的试验数据，得到数值模拟的相关参数，见表2-1所示。模拟所需要的力学参数通过获取城墙勘察资料并参考古城墙力学参数综合取值[2]。三维模型由4095个节点和6163个单元组成。表2-1模拟参数表Table2-1Simulationparameters图2-4数值模拟模型Fig.2-4Numericalsimulationmodel土体类型天然含水率密度/(Kg·m-3)弹性模量/Pa孔隙率饱和渗透系数/(m·s-1)内摩擦角/°粘聚力/kPa泊松比粉土10%18202×1060.56.12×10-523.743.20.4
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同再生细骨料取代率下的再生混凝土单轴受压本构关系[J]. 谭艺帅,彭有开,吴徽. 混凝土. 2019(03)
[2]建筑垃圾再生微粉基本材性及对水泥胶砂性能的影响[J]. 周文娟,季志远,赵磊,何更新. 混凝土与水泥制品. 2019(03)
[3]分类再生细骨料砂浆配合比优化试验研究[J]. 郝彤,刘斌,王帅. 混凝土. 2019(02)
[4]改性再生细骨料对胶砂性能影响的试验研究[J]. 夏鑫,孙海燕,张帆,张韩,张有铭. 混凝土与水泥制品. 2018(10)
[5]基于离散元的西南某露天矿岩质高边坡稳定性分析[J]. 闫俊,韩文喜,齐得旭. 资源环境与工程. 2018(04)
[6]含拆除混凝土再生细骨料与外加剂的砂浆性能的数学模型（英文）[J]. 糜人杰,潘钢华,李阳,陆小军. Journal of Southeast University（English Edition）. 2018(03)
[7]建筑垃圾再生材料对可控低强材料（CLSM）性能影响研究[J]. 李飞,刘晨辉,吴英彪,王福晋,周理安. 混凝土. 2018(08)
[8]有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用[J]. 吴士德,贠永峰,刘向艺. 路基工程. 2018(04)
[9]Green-Ampt入渗模型国外研究进展[J]. 朱昊宇,段晓辉. 中国农村水利水电. 2017(10)
[10]古城墙变形破坏模式分类及识别[J]. 吴超英,李乐,王峥嵘,刘卫华,陈国庆. 工程地质学报. 2017(04)
硕士论文
[1]基于FLAC3D二次开发降雨入渗诱发非饱和黄土边坡破坏规律数值模拟研究[D]. 王青友.石家庄铁道大学 2019
[2]膨润土改性宁夏次生黄土的性能[D]. 张鹏.宁夏大学 2018
[3]建筑垃圾再生砖制备技术及其性能研究[D]. 周理安.北京建筑工程学院 2010
[4]古建城台长期力学性能和安全度有限元分析[D]. 余天和.清华大学 2009
本文编号：3443644
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