本文關(guān)鍵詞：榆陽區(qū)明長城雨蝕破壞模式及影響機制研究

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【摘要】：長城是世界文化遺產(chǎn)之一,明長城是我國目前保存最完整的長城。受人為因素和自然因素雙重影響,長城遺址保存狀況堪憂,保護工作迫在眉睫。預(yù)防性保護提出在文物遺址發(fā)生破壞之前采取措施,以避免或減輕文物遺址的受損程度。文物破壞的機理研究是預(yù)防性保護的重要組成部分,是制定保護方案采取保護措施的前提。榆陽區(qū)明長城雨蝕破壞模式和影響機制的研究對合理評估類似環(huán)境下長城遺址的保存狀態(tài)、制定相關(guān)保護規(guī)劃措施有重要意義。研究著眼于夯土遺址雨蝕破壞的發(fā)育過程,探究降雨特性和土體性質(zhì)兩方面因素對該地區(qū)明長城夯土遺址破壞的影響機制,最終得出榆陽區(qū)典型降雨條件下明長城夯土遺址的雨蝕破壞機制。研究通過現(xiàn)場調(diào)查得出榆陽區(qū)明長城夯土遺址的五種保存形態(tài)和三種典型雨蝕破壞模式；通過統(tǒng)計學分析得出榆陽區(qū)四種典型降雨的降雨強度和降雨歷時組合；采用室外試驗對四種典型降雨組合下夯土墻體的雨蝕破壞過程進行模擬；通過室內(nèi)試驗驗證了土體前期含水率、土體強度對雨蝕破壞模式間的影響,定量研究了土體雨蝕量和土體強度、土體飽和時間和土體前期含水率的函數(shù)關(guān)系；采用有限元數(shù)值模擬的方法計算五種典型遺址在四種降雨條件下的穩(wěn)定性。研究結(jié)果顯示;榆陽區(qū)明長城夯土遺址的雨蝕破壞模式分為干濕破壞、沖刷破壞和坍塌破壞三種,三種模式的破壞程度依次遞增；榆陽區(qū)全年80%以上降雨為降雨強度小于0.1mm/min,降雨量小于10mm的小強度小雨,小雨作用下長城夯土遺址的雨蝕破壞表現(xiàn)為干濕破壞,普遍發(fā)生于全年各個季節(jié),是該地區(qū)明長城發(fā)生頻率最高的破壞模式；夏季和秋季偶爾發(fā)生降雨強度大于0.3mm/min,降雨歷時2.5-3.5h的短時間高強度大到暴雨,大到暴雨作用下長城遺址的雨蝕表現(xiàn)為沖刷破壞和坍塌破壞,發(fā)生頻率不高,但破壞性較大。在大到暴雨條件下,土體前期含水率越高,長城遺址越容易坍塌,土體前期含水率和夯土的飽和時間、坍塌時間和雨蝕量間存在量化關(guān)系；土體強度影響破壞夯土雨蝕破壞模式和雨蝕量,大到暴雨初期低強度夯土的雨蝕破壞表現(xiàn)為土體濕化作用,大到暴雨后期誘發(fā)整體坍塌；高強度夯土的雨蝕破壞表現(xiàn)為緩慢持續(xù)的沖刷破壞,土體強度和夯土雨蝕量存在量化關(guān)系。遺址形態(tài)和降雨強度共同決定遺址的穩(wěn)定性,降雨強度越大、立面越陡峭、裂隙發(fā)育程度越高,遺址越容易發(fā)生坍塌掉塊。
【關(guān)鍵詞】：夯土遺址 雨蝕 干濕破壞 沖刷破壞 坍塌破壞
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：K878.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 選題背景與研究意義11-15
• 1.1.1 選題背景11-13
• 1.1.2 研究意義13-15
• 1.2 研究現(xiàn)狀15-26
• 1.3 研究內(nèi)容26
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線26-29
• 1.4.1 研究方法26-27
• 1.4.2 技術(shù)路線27-29
• 第二章 明長城的建筑形制及自然環(huán)境29-39
• 2.1 榆陽區(qū)明長城建筑形制29-34
• 2.1.1 遺址土的工程特性29-30
• 2.1.2 建筑工藝30-34
• 2.2 遺址自然環(huán)境34-38
• 2.2.1 地質(zhì)環(huán)境34-36
• 2.2.1.1 地形地貌34-35
• 2.2.1.2 地質(zhì)構(gòu)造與地層巖性35
• 2.2.1.3 水文地質(zhì)35-36
• 2.2.1.4 地震36
• 2.2.2 氣象環(huán)境36-38
• 2.2.2.1 溫度和日照36
• 2.2.2.2 風速風向36-37
• 2.2.2.3 降雨與蒸發(fā)37-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 榆陽區(qū)典型降雨特征分析39-53
• 3.1 季節(jié)性降雨特征分析40-44
• 3.1.1 春季典型降雨特征41-42
• 3.1.2 夏季典型降雨特征42-43
• 3.1.3 秋季典型降雨特征43-44
• 3.2 2012年單場降雨特征分析44-47
• 3.2.1 單場降雨的基本特征44-45
• 3.2.2 降雨特征的頻率統(tǒng)計45-47
• 3.3 不同雨型的降雨特征分析47-52
• 3.3.1 小雨49-50
• 3.3.2 中雨50
• 3.3.3 大到暴雨50-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 明長城保存狀態(tài)及破壞模式分析53-67
• 4.1 明長城遺址的保存狀態(tài)53-60
• 4.1.1 D1-1型遺址的保存形態(tài)和雨蝕病害53-55
• 4.1.2 D2-2型遺址的保存形態(tài)和雨蝕病害55-57
• 4.1.3 D2-3型遺址的保存形態(tài)和雨蝕病害57-59
• 4.1.4 D2-4型遺址的保存形態(tài)和雨蝕病害59-60
• 4.1.5 D3-1型遺址的保存形態(tài)和雨蝕病害60
• 4.2 降雨對榆陽區(qū)明長城的破壞模式60-65
• 4.2.1 降雨導致的干濕破壞61-63
• 4.2.2 降雨導致的沖刷破壞63-64
• 4.2.3 降雨引發(fā)的坍塌破壞64-65
• 4.3 本章小結(jié)65-67
• 第五章 夯土雨蝕破壞影響機制的現(xiàn)場試驗67-115
• 5.1 試驗方案67-79
• 5.1.1 試驗方法67-68
• 5.1.2 試驗對象68-72
• 5.1.2.1 模擬墻體基本參數(shù)68-69
• 5.1.2.2 模擬墻體的夯筑流程69-72
• 5.1.3 試驗設(shè)備72-79
• 5.1.3.1 傳感器的布設(shè)72-73
• 5.1.3.2 模擬降雨設(shè)備組成73-79
• 5.2 試驗結(jié)果分析79-112
• 5.2.1 夯土雨蝕破壞過程分析79-85
• 5.2.2 降雨對夯土內(nèi)部溫度、含水率及可溶鹽含量的影響85-97
• 5.2.2.1 降雨對土體內(nèi)部溫度的影響85-86
• 5.2.2.2 降雨對土體含水率的影響86-89
• 5.2.2.3 降雨對土體內(nèi)可溶鹽含量的影響89-91
• 5.2.2.4 溫度、含水率、可溶鹽的協(xié)同作用91-97
• 5.2.3 夯土雨蝕破壞的影響因素分析97-112
• 5.2.3.1 降雨強度對雨蝕破壞的影響97-104
• 5.2.3.2 降雨循環(huán)次數(shù)對三種破壞模式的影響104-105
• 5.2.3.3 土體強度對三種破壞模式的影響105-112
• 5.3 本章小結(jié)112-115
• 第六章 雨蝕破壞影響機制的量化研究115-131
• 6.1 夯土遺址雨蝕影響因素研究115-117
• 6.2 夯土雨蝕破壞的量化分析117-130
• 6.2.1 試驗設(shè)計117-120
• 6.2.1.1 方案設(shè)計118-119
• 6.2.1.2 樣品制備119-120
• 6.2.2 試驗結(jié)果120-124
• 6.2.2.1 低強度夯土重塑樣的破壞過程121-122
• 6.2.2.2 高強度夯土重塑樣的破壞過程122-124
• 6.2.3 結(jié)果分析124-130
• 6.2.3.1 土體前期含水率對夯土破壞模式和雨蝕程度的影響125-128
• 6.2.3.2 土體強度對夯土雨蝕的影響128-130
• 6.3 本章小結(jié)130-131
• 第七章 降雨作用下明長城典型遺址的穩(wěn)定性分析131-144
• 7.1 Geo-studio軟件操作簡介131-133
• 7.2 明長城典型遺址坍塌的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性評價133-143
• 7.2.1 D1-1型遺址坍塌的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性評價133-135
• 7.2.2 D2-2型遺址坍塌的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性評價135-137
• 7.2.3 D2-3型遺址坍塌的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性評價137-139
• 7.2.4 D2-4型遺址坍塌的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性評價139-141
• 7.2.5 D3-1型遺址坍塌的數(shù)值模擬及穩(wěn)定性評價141-143
• 7.3 本章小結(jié)143-144
• 結(jié)論與創(chuàng)新144-147
• 參考文獻147-155
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果155-157
• 致謝157-159
• 作者簡介159

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本文編號：1039770