【摘要】：我國西北地區(qū)由于該區(qū)域特殊的氣候環(huán)境,大量土遺址得以留存下來;然而這些遺址在自然風(fēng)化作用下仍處于瀕危之中,以青海大通娘娘山明長城遺址為例,由于該地區(qū)降水量較大,氣候濕潤,由水蝕帶來的次生病害尤為嚴重,生物病害是該地區(qū)遺址突出的問題。夯土在有機質(zhì)的作用下,不斷破壞,喪失原有的建筑形式,逐步劣化為土壤。土體中有機質(zhì)的主要成為為腐殖質(zhì),腐殖質(zhì)元素組成及結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,且具有吸附能力強、抵抗微生物分解等特性,是土體中穩(wěn)定存在的一部分。因此,研究保護材料-土體-腐殖質(zhì)的相互作用對該區(qū)域土遺址的加固及保護至關(guān)重要,研究結(jié)果對該類遺址土以及固化含腐殖質(zhì)土的應(yīng)用有非常深遠的意義。本文在總結(jié)國內(nèi)外研究含腐殖質(zhì)土及其加固的研究現(xiàn)狀和夯土長城土壤化過程研究的基礎(chǔ)上,首先對大通娘娘山明長城遺址進行工程地質(zhì)調(diào)查,掌握該區(qū)的工程地質(zhì)資料后,對長城遺址本體保存現(xiàn)狀做了詳細的現(xiàn)場勘察;長城背陰面區(qū)域長有大量山林,遺址周圍包括長城本體區(qū)腐殖化嚴重,且腐殖區(qū)域有不斷擴大的趨勢。因此,于該區(qū)域取典型土樣,進行了一系列物理力學(xué)試驗,同時使用蘭州大學(xué)自主研發(fā)的SH材料,對該土樣進行拌合加固,以進行SH加固含腐殖質(zhì)土的力學(xué)性質(zhì)、耐候性和微觀等試驗研究。最后根據(jù)試驗結(jié)果對SH-土粒-腐殖質(zhì)之間的作用機理進行討論。通過以上試驗得到如下結(jié)論:1.大通娘娘山長城遺址由于其特殊氣候、地質(zhì)環(huán)境,長城墻體及載體等受到不同程度的影響,部分甚至土壤化。因此有必要對土體采取加固措施,抑制土體的進一步破壞。通過對加固前后土樣的微觀試驗可知,土顆粒的大小、形態(tài)以及吸附能力等等都產(chǎn)生明顯變化,土體工程地質(zhì)性質(zhì)的改善正是這種變化的集中體現(xiàn)。2.遺址土體內(nèi)的有機質(zhì)及其主要成分腐殖質(zhì),腐殖質(zhì)元素組成、結(jié)構(gòu)特征及其在土中的賦存狀態(tài),一定程度上可從而影響土體的結(jié)構(gòu)和強度。而經(jīng)SH加固后的含腐殖質(zhì)遺址土體,其的物理力學(xué)性質(zhì)及耐候性能有一定的改善,能很好地滿足土遺址保護材料的要求。3.SH-土顆粒-腐殖質(zhì)三者間相互作用復(fù)雜,且SH與土顆粒和腐殖質(zhì)都有很好的加固作用,從而導(dǎo)致土體內(nèi)部微粒產(chǎn)生變化。通過一系列試驗證實了SH作為含腐殖質(zhì)土加固材料的可行性和科學(xué)性。4.SH加固含腐殖質(zhì)土實際應(yīng)用時,應(yīng)綜合考慮土體有機質(zhì)含量、施工時間等因素,并通過室內(nèi)及現(xiàn)場的相關(guān)試驗,確定SH的使用量和養(yǎng)護時間及方式等等。SH加固含腐殖質(zhì)土試驗結(jié)果為SH應(yīng)用于當(dāng)?shù)剡z址土的加固和研究提供依據(jù),同時對高分子材料加固含腐殖質(zhì)土的研究有重要意義。
【圖文】：

富里酸有較強的酸性。胡敏酸、富里酸分子結(jié)構(gòu)如圖1-1 和圖 1-2 所示。由圖 1-1 和圖 1-2 可知，從腐殖酸結(jié)構(gòu)上看，苯環(huán)為分子基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，從而為其吸附作用的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)。胡敏酸分子量大，苯環(huán)多，分子結(jié)構(gòu)緊密且復(fù)雜，其分子上含氧官能團量較大；而富里酸分子量較小，分子結(jié)構(gòu)松散。不同土壤其內(nèi)部腐殖酸含量不同，腐殖酸結(jié)構(gòu)也略有變化，性質(zhì)上也有所差異。圖 1-1 胡敏酸分子結(jié)構(gòu)[24]圖 1-2 富里酸分子結(jié)構(gòu)[24]從胡敏酸分子量上看，其分子量較大，相關(guān)學(xué)者認為胡敏酸的酸性來源主要為其上的豐富的羧基和酚羥基，，同時也是使其分子具有離子交換和強結(jié)合能力的主要官能團，宏觀上講，即使土物理化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生改變。據(jù)研究，胡敏酸是具有同一結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)但細部結(jié)構(gòu)略有差別的多相和多分散性的分子群[25]。胡敏酸化學(xué)顏色為黑色，有較好的水溶性，溶液呈弱酸性。胡敏酸分子及其顆粒結(jié)構(gòu)呈海綿狀，從而使其持水能力巨大；其結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)部微孔隙量大，使其對土體形成良好的吸附。胡敏酸與土顆粒相互作用后，可形成一個親水性和憎水性組分呈定向排列物質(zhì)氫離子（H+）羧基（-COOH）酚羥基（Ar-OH）醇羥基（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

芳香環(huán)則連接不同數(shù)量和類型的含氧官能團。其含氧基團主要有：羧基、酚羥基、醇羥基和羰基等；此外還有少量的甲氧基和酮基等。正是這些基團的存在，為腐殖酸帶來不同的分子特性。胡敏酸和富里酸含氧基團如表 1-2 所示。表 1-2 胡敏酸和富里酸含氧基團[15]（mol/kg）由表 1-2 知，胡敏酸中羧基含量較少，腐殖酸中的羧基和酚羥基電離出的氫離子為其提供酸性，因此，富里酸有較強的酸性。胡敏酸、富里酸分子結(jié)構(gòu)如圖1-1 和圖 1-2 所示。由圖 1-1 和圖 1-2 可知，從腐殖酸結(jié)構(gòu)上看，苯環(huán)為分子基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，從而為其吸附作用的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)。胡敏酸分子量大，苯環(huán)多，分子結(jié)構(gòu)緊密且復(fù)雜，其分子上含氧官能團量較大；而富里酸分子量較小，分子結(jié)構(gòu)松散。不同土壤其內(nèi)部腐殖酸含量不同，腐殖酸結(jié)構(gòu)也略有變化，性質(zhì)上也有所差異。物質(zhì)氫離子（H+）羧基（-COOH）酚羥基（Ar-OH）醇羥基（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
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU-87;K878

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本文編號：2710790