本文關(guān)鍵詞：潮濕狀態(tài)土遺址的斥水—碳化保護(hù)研究

  更多相關(guān)文章： 潮濕狀態(tài)土遺址 斥水 碳化 傳統(tǒng)材料 桐油 石灰

【摘要】：土遺址是指主要由土質(zhì)材料(如夯土、土坯、垛泥等)構(gòu)成的遺存本體。依據(jù)土遺址所處氣候類型(或800mm等降水量線)將土遺址分為北方干燥土遺址和南方潮濕土遺址2種類型。目前,對(duì)于干燥土遺址的保護(hù)研究工作相對(duì)較多,而潮濕土遺址的保護(hù)研究還處于探索階段。潮濕土遺址處于降雨量大、地下水位淺的環(huán)境中,環(huán)境因素復(fù)雜且不可控,土遺址的消亡速度很快,迫切需要進(jìn)行科學(xué)保護(hù)。 本文針對(duì)那些雖位于北方干燥氣候,但由于地下水位淺或與水相鄰等原因,土遺址的自身含水量較大的現(xiàn)象,提出了潮濕狀態(tài)土遺址的概念,并從環(huán)境結(jié)構(gòu)論角度,給出了潮濕狀態(tài)土遺址的“環(huán)境”物理模型和定量化分類。 本文將土壤學(xué)中的斥水土理念引入土遺址保護(hù),從傳統(tǒng)材料中選取桐油和石灰作為潮濕狀態(tài)土遺址的保護(hù)材料,提出了斥水-碳化相結(jié)合的保護(hù)思路。 本文選取濕潤區(qū)潮濕環(huán)境潮濕狀態(tài)土遺址(南京大報(bào)恩寺遺址)為研究對(duì)象,分析了模擬地宮2009年初挖掘到2011年的破壞形態(tài),并建立其與周圍水文氣候變化的關(guān)系。 本文針對(duì)研究對(duì)象的非飽和特性、收縮病害及水穩(wěn)定性要求,開展了遺址土和處理土的相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)研究,包括界限含水量、土水特征曲線、非飽和滲透性、吸濕放濕性、收縮性、斥水性、浸水穩(wěn)定性等,對(duì)選取材料的保護(hù)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。 本文建立了一維毛細(xì)吸滲模型,模擬了遺址土和3種處理土的毛細(xì)水上升特性,從上升高度,含水量分布等方面分析了處理方法對(duì)毛細(xì)水上升的阻滯特性。 本文對(duì)比分析遺址土和處理土的微觀結(jié)構(gòu),將宏觀特性與微觀結(jié)構(gòu)相結(jié)合,對(duì)保護(hù)材料的處理機(jī)理進(jìn)行了探討。 本文的主要研究內(nèi)容和取得的研究成果包括： 1.潮濕狀態(tài)土遺址概念厘定 土遺址所處的環(huán)境結(jié)構(gòu)包括氣候環(huán)境、區(qū)域環(huán)境和遺址本體環(huán)境。因此,選取潮濕系數(shù)、相對(duì)濕度和含水狀態(tài)為界定參數(shù),首先將遺址本體含水量大于20%的土遺址定義為潮濕狀態(tài)土遺址土,然后依據(jù)潮濕系數(shù)和相對(duì)濕度的變化,對(duì)潮濕狀態(tài)土遺址進(jìn)行進(jìn)一步描述,細(xì)分為濕潤區(qū)潮濕環(huán)境潮濕狀態(tài)土遺址、濕潤區(qū)干燥環(huán)境潮濕狀態(tài)土遺址、十早區(qū)潮濕環(huán)境潮濕狀態(tài)土遺址、干旱區(qū)干燥環(huán)境潮濕狀態(tài)土遺址。 2.斥水-碳化理念的提出及保護(hù)材料選優(yōu)選 針對(duì)土遺址的病害,借鑒土壤學(xué)中的斥水土理念,特別是油污染引發(fā)土的斥水性方面的相關(guān)研究,提出了土遺址的斥水保護(hù)理念,并優(yōu)選桐油為保護(hù)介質(zhì)。于此同時(shí),考慮桐油的防腐問題及土遺址結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,選取石灰作為另一種保護(hù)材料。選取桐油和石灰這兩種傳統(tǒng)材料為處理介質(zhì)共同作用以期達(dá)到潮濕狀態(tài)土遺址的斥水-碳化保護(hù)目的。 3.遺址區(qū)的病害演變 以模擬地宮為研究對(duì)象,分析模擬地宮開挖后(從2009年到2011年)的破壞形態(tài)、土層含水量分布變化及其所處氣候環(huán)境特征,指出大氣降雨及地下毛細(xì)水的上升是導(dǎo)致地宮失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。 4.桐油和石灰處理對(duì)土遺址的吸水-失水形狀的影響 潮濕狀態(tài)土遺址處于一種動(dòng)態(tài)的非飽和狀態(tài),依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地宮土層密度分布,測(cè)定遺址土(US)、桐油處理土(TS)、石灰處理土(LS)、桐油和石灰處理土(TLS)的界限含水量、土水特征曲線特性、滲透性、收縮特性及吸濕放濕性等特性。結(jié)果如下：桐油和石灰的摻入提高了土的液限和塑限,降低了土的塑性指數(shù)；桐油處理可降低土的持水性,石灰處理土、桐油和石灰混合處理土的含水量隨基質(zhì)吸力的變化平緩；桐油和石灰處理降低了土的飽和滲透系數(shù),混合處理措施,其飽和滲透系數(shù)為遺址土的0.6倍。對(duì)于非飽和滲透而言,遺址土和桐油處理土的非飽和滲透系數(shù)與含水量的關(guān)系曲線密度的增大逐漸平緩,而石灰處理土、桐油和石灰混合處理土的曲線變化隨密度的增大還存在右移的趨勢(shì)；桐油和石灰的處理可有效提高遺址土的吸濕放濕穩(wěn)定性和收縮穩(wěn)定性。 5.斥水性和浸水穩(wěn)定性研究 為研究桐油和石灰處理土的斥水性及浸水穩(wěn)定性,開展了水滴入滲試驗(yàn)(WDPT),酒精溶液入滲法(MED)和浸水穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究。遺址土具有親水性,水滴在遺址土表面鋪展并迅速滲入土中,滲入時(shí)間隨密度的增大而增大。桐油和石灰處理土具有較高的斥水性,水滴在土樣表面具有自聚成團(tuán),很難滲入。遺址土浸泡于水后迅速發(fā)生崩解破壞,桐油和石灰處理土樣在浸水狀態(tài)保持較好的完整性。采用桐油和石灰處理土遺址可提高遺址土的浸水穩(wěn)定性。 6.毛細(xì)水上升模擬研究 建立了一維毛細(xì)吸滲模型,對(duì)遺址土(US)、桐油處理士(TS)、石灰處理土(LS)、桐油和石灰處理土(TLS)的毛細(xì)上升高度、不同高度毛細(xì)水上升的過程及含水量分布進(jìn)行模擬計(jì)算,并利用改進(jìn)的Washburn方程擬合回歸了毛細(xì)平衡高度。結(jié)果表明桐油和石灰處理可有效減低毛細(xì)水的上升,進(jìn)而減緩毛細(xì)水引發(fā)土遺址的破壞。 7.機(jī)理分析 結(jié)合宏觀性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu),分析桐油和石灰的處理機(jī)理。桐油能在土顆粒表面均勻分散并穿入粘土顆粒的多孔表面氧化成膜,對(duì)土顆粒進(jìn)行包裹。桐油氧化膜具有多孔性,在有效地阻止外界水分滲入的同時(shí),讓土顆粒內(nèi)部的濕氣得以散發(fā),可避免土體因失水不均勻而引發(fā)的變形破壞。石灰的碳化及火山灰反應(yīng)生成的晶體“生長”于土顆粒孔隙中,呈不規(guī)則的片狀結(jié)晶成長結(jié)構(gòu),在土粒子間形成架橋結(jié)構(gòu),發(fā)揮固化強(qiáng)度。桐油的存在對(duì)石灰結(jié)晶具有有機(jī)調(diào)控作用,從分子水平到介觀水平對(duì)碳酸鈣分子尺寸、取向、晶型以及排列進(jìn)行控制,形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。桐油和石灰混合處理措施不僅發(fā)揮了桐油斥水性,石灰的碳化填充作用,還有效的利用了桐油的有機(jī)調(diào)控作用,石灰的殺菌作用。 桐油和石灰混合處理不改變土遺址的原貌,可增強(qiáng)土遺址的收縮穩(wěn)定性、浸水穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性,并抑制毛細(xì)水的上升,滿足潮濕狀態(tài)土遺址的保護(hù)要求。研究成果不僅為傳統(tǒng)材料的科學(xué)化研究提供參考,而且為潮濕狀態(tài)土遺址的保護(hù)提供了一個(gè)新的思路。
【關(guān)鍵詞】：潮濕狀態(tài)土遺址 斥水 碳化 傳統(tǒng)材料 桐油 石灰
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：P642.1;K877
【目錄】：

• 中文摘要5-8
• Abstract8-22
• 第一章 緒論22-28
• 1.1 引言22-23
• 1.2 選題依據(jù)及意義23
• 1.2.1 選題依據(jù)23
• 1.2.2 選題意義23
• 1.3 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線23-25
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容23-24
• 1.3.2 技術(shù)路線24-25
• 1.3.3 研究目標(biāo)25
• 1.4 關(guān)鍵問題及創(chuàng)新點(diǎn)25-28
• 1.4.1 關(guān)鍵問題25-27
• 1.4.2 創(chuàng)新點(diǎn)27-28
• 第二章 文獻(xiàn)綜述28-56
• 2.1 土遺址概況28-38
• 2.1.1 概述28
• 2.1.2 土遺址和土遺址保護(hù)28-29
• 2.1.3 土遺址分類及建造工藝29-31
• 2.1.4 土遺址主要病害類型及形成機(jī)理31-33
• 2.1.5 土遺址保護(hù)技術(shù)和材料33-38
• 2.2 斥水土理念及研究概況38-46
• 2.2.1 斥水土38-39
• 2.2.2 斥水土成因39-44
• 2.2.3 土的斥水性測(cè)定44-46
• 2.3 土水作用研究概況46-55
• 2.3.1 土中水的基本特征46-50
• 2.3.2 土-水效應(yīng)的力學(xué)特性50-53
• 2.3.3 土的水穩(wěn)定性53-55
• 2.4 本章小結(jié)55-56
• 第三章 潮濕狀態(tài)土遺址概念厘定56-64
• 3.1 引言56
• 3.2 土遺址所處的環(huán)境結(jié)構(gòu)特征56
• 3.3 界定指標(biāo)的選取56-59
• 3.3.1 含水狀態(tài)56-58
• 3.3.2 相對(duì)濕度58
• 3.3.3 潮濕系數(shù)58-59
• 3.4 潮濕狀態(tài)土遺址的定量化劃分59-64
• 3.4.1 含水狀態(tài)59-61
• 3.4.2 相對(duì)濕度61
• 3.4.3 潮濕系數(shù)61-64
• 第四章 研究區(qū)域概況及工程性質(zhì)64-76
• 4.1 引言64-66
• 4.2 遺址地宮所處的環(huán)境氣候條件66-69
• 4.2.1 降雨66-68
• 4.2.2 氣溫68
• 4.2.3 地層巖性68
• 4.2.4 地下水68-69
• 4.3 模擬地宮開挖后的變形破壞69-72
• 4.4 水對(duì)模擬地宮穩(wěn)定性的破壞分析72
• 4.4.1 地表水影響72
• 4.4.2 地下水影響72
• 4.5 模擬地宮的基本物理化學(xué)性質(zhì)72-74
• 4.6 本章小結(jié)74-76
• 第五章 處理材料的選取76-88
• 5.1 土遺址處理材料的選取原則76
• 5.2 斥水材料選取76-78
• 5.2.1 材料性質(zhì)76-78
• 5.2.2 選擇依據(jù)78
• 5.3 碳化材料的選取78-83
• 5.3.1 材料性質(zhì)78-82
• 5.3.2 選取依據(jù)82-83
• 5.4 兩種材料相結(jié)合的依據(jù)83-85
• 5.7 本章小結(jié)85-88
• 第六章 桐油和石灰處理遺址土的吸水-失水特性88-116
• 6.1 引言88
• 6.2 界限含水量研究88-90
• 6.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)88-89
• 6.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析89-90
• 6.3 土水特征曲線試驗(yàn)研究90-95
• 6.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)90-93
• 6.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析93-95
• 6.4 非飽和滲透試驗(yàn)研究95-103
• 6.4.1 概述95
• 6.4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)95-96
• 6.4.3 非飽和滲透系數(shù)計(jì)算96-97
• 6.4.4 結(jié)果分析97-103
• 6.5 吸濕放濕試驗(yàn)研究103-107
• 6.5.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)103-104
• 6.5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析104-107
• 6.6 收縮試驗(yàn)研究107-114
• 6.6.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)108-109
• 6.6.2 試驗(yàn)結(jié)果分析109-114
• 6.7 本章小結(jié)114-116
• 第七章 遺址土和處理土的斥水性研究116-128
• 7.1 引言116-117
• 7.2 WDPT和MED試驗(yàn)研究117-123
• 7.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)117-118
• 7.2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析118-123
• 7.3 浸水穩(wěn)定性分析123-126
• 7.3.1 引言123-124
• 7.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)124
• 7.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析124-126
• 7.4 本章小結(jié)126-128
• 第八章 遺址土和處理土毛細(xì)水上升特性分析128-154
• 8.1 引言128-129
• 8.2 土水特征曲線模型129-131
• 8.2.1 Brooks-Corey(B-C)模型130
• 8.2.2 Van Genuchten模型130-131
• 8.2.3 Durner模型131
• 8.3 毛細(xì)上升過程數(shù)值模擬131-136
• 8.3.1 Washburn方程133-135
• 8.3.2 數(shù)學(xué)模型135-136
• 8.3.3 水力特性參數(shù)136
• 8.4 模擬結(jié)果分析136-153
• 8.4.1 毛細(xì)上升高度分析136-141
• 8.4.2 不同高度點(diǎn)水分遷移過程分析141-147
• 8.4.3 含水率分布分析147-153
• 8.5 本章小結(jié)153-154
• 第九章 保護(hù)機(jī)理分析154-164
• 9.1 引言154
• 9.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)154-155
• 9.3 試驗(yàn)結(jié)果分析155-162
• 9.3.1 遺址土(US)的掃描電鏡照片155-156
• 9.3.2 桐油處理土(TS)的微觀結(jié)構(gòu)156-159
• 9.3.3 石灰處理土(LS)的微觀結(jié)構(gòu)照片159-160
• 9.3.4 桐油和石灰處理土(TLS)的掃描電鏡照片160-162
• 9.4 小結(jié)162-164
• 第十章 結(jié)論與展望164-168
• 10.1 結(jié)論164-166
• 10.1.1 潮濕狀態(tài)土遺址概念的厘定164
• 10.1.2 提出斥水-碳化保護(hù)理念并優(yōu)選處理介質(zhì)164
• 10.1.3 遺址土和處理土的吸水-失水形狀的影響164-165
• 10.1.4 桐油和石灰處理土的水穩(wěn)定性165-166
• 10.1.5 毛細(xì)水上升數(shù)值模擬166
• 10.1.6 保護(hù)機(jī)理166
• 10.2 研究展望166-168
• 參考文獻(xiàn)168-186
• 在學(xué)期間的研究成果186-188
• 致謝188-189

【引證文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 紀(jì)曉佳;糯米漿三合土的物理力學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：660793