榆阳区明长城雨蚀破坏模式及影响机制研究

发布时间：2017-10-16 01:12

  本文关键词：榆阳区明长城雨蚀破坏模式及影响机制研究

  更多相关文章： 夯土遗址 雨蚀 干湿破坏 冲刷破坏 坍塌破坏

【摘要】：长城是世界文化遗产之一,明长城是我国目前保存最完整的长城。受人为因素和自然因素双重影响,长城遗址保存状况堪忧,保护工作迫在眉睫。预防性保护提出在文物遗址发生破坏之前采取措施,以避免或减轻文物遗址的受损程度。文物破坏的机理研究是预防性保护的重要组成部分,是制定保护方案采取保护措施的前提。榆阳区明长城雨蚀破坏模式和影响机制的研究对合理评估类似环境下长城遗址的保存状态、制定相关保护规划措施有重要意义。研究着眼于夯土遗址雨蚀破坏的发育过程,探究降雨特性和土体性质两方面因素对该地区明长城夯土遗址破坏的影响机制,最终得出榆阳区典型降雨条件下明长城夯土遗址的雨蚀破坏机制。研究通过现场调查得出榆阳区明长城夯土遗址的五种保存形态和三种典型雨蚀破坏模式；通过统计学分析得出榆阳区四种典型降雨的降雨强度和降雨历时组合；采用室外试验对四种典型降雨组合下夯土墙体的雨蚀破坏过程进行模拟；通过室内试验验证了土体前期含水率、土体强度对雨蚀破坏模式间的影响,定量研究了土体雨蚀量和土体强度、土体饱和时间和土体前期含水率的函数关系；采用有限元数值模拟的方法计算五种典型遗址在四种降雨条件下的稳定性。研究结果显示;榆阳区明长城夯土遗址的雨蚀破坏模式分为干湿破坏、冲刷破坏和坍塌破坏三种,三种模式的破坏程度依次递增；榆阳区全年80%以上降雨为降雨强度小于0.1mm/min,降雨量小于10mm的小强度小雨,小雨作用下长城夯土遗址的雨蚀破坏表现为干湿破坏,普遍发生于全年各个季节,是该地区明长城发生频率最高的破坏模式；夏季和秋季偶尔发生降雨强度大于0.3mm/min,降雨历时2.5-3.5h的短时间高强度大到暴雨,大到暴雨作用下长城遗址的雨蚀表现为冲刷破坏和坍塌破坏,发生频率不高,但破坏性较大。在大到暴雨条件下,土体前期含水率越高,长城遗址越容易坍塌,土体前期含水率和夯土的饱和时间、坍塌时间和雨蚀量间存在量化关系；土体强度影响破坏夯土雨蚀破坏模式和雨蚀量,大到暴雨初期低强度夯土的雨蚀破坏表现为土体湿化作用,大到暴雨后期诱发整体坍塌；高强度夯土的雨蚀破坏表现为缓慢持续的冲刷破坏,土体强度和夯土雨蚀量存在量化关系。遗址形态和降雨强度共同决定遗址的稳定性,降雨强度越大、立面越陡峭、裂隙发育程度越高,遗址越容易发生坍塌掉块。
【关键词】：夯土遗址 雨蚀 干湿破坏 冲刷破坏 坍塌破坏
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：K878.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 选题背景与研究意义11-15
• 1.1.1 选题背景11-13
• 1.1.2 研究意义13-15
• 1.2 研究现状15-26
• 1.3 研究内容26
• 1.4 研究方法与技术路线26-29
• 1.4.1 研究方法26-27
• 1.4.2 技术路线27-29
• 第二章 明长城的建筑形制及自然环境29-39
• 2.1 榆阳区明长城建筑形制29-34
• 2.1.1 遗址土的工程特性29-30
• 2.1.2 建筑工艺30-34
• 2.2 遗址自然环境34-38
• 2.2.1 地质环境34-36
• 2.2.1.1 地形地貌34-35
• 2.2.1.2 地质构造与地层岩性35
• 2.2.1.3 水文地质35-36
• 2.2.1.4 地震36
• 2.2.2 气象环境36-38
• 2.2.2.1 温度和日照36
• 2.2.2.2 风速风向36-37
• 2.2.2.3 降雨与蒸发37-38
• 2.3 本章小结38-39
• 第三章 榆阳区典型降雨特征分析39-53
• 3.1 季节性降雨特征分析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年单场降雨特征分析44-47
• 3.2.1 单场降雨的基本特征44-45
• 3.2.2 降雨特征的频率统计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 本章小结52-53
• 第四章 明长城保存状态及破坏模式分析53-67
• 4.1 明长城遗址的保存状态53-60
• 4.1.1 D1-1型遗址的保存形态和雨蚀病害53-55
• 4.1.2 D2-2型遗址的保存形态和雨蚀病害55-57
• 4.1.3 D2-3型遗址的保存形态和雨蚀病害57-59
• 4.1.4 D2-4型遗址的保存形态和雨蚀病害59-60
• 4.1.5 D3-1型遗址的保存形态和雨蚀病害60
• 4.2 降雨对榆阳区明长城的破坏模式60-65
• 4.2.1 降雨导致的干湿破坏61-63
• 4.2.2 降雨导致的冲刷破坏63-64
• 4.2.3 降雨引发的坍塌破坏64-65
• 4.3 本章小结65-67
• 第五章 夯土雨蚀破坏影响机制的现场试验67-115
• 5.1 试验方案67-79
• 5.1.1 试验方法67-68
• 5.1.2 试验对象68-72
• 5.1.2.1 模拟墙体基本参数68-69
• 5.1.2.2 模拟墙体的夯筑流程69-72
• 5.1.3 试验设备72-79
• 5.1.3.1 传感器的布设72-73
• 5.1.3.2 模拟降雨设备组成73-79
• 5.2 试验结果分析79-112
• 5.2.1 夯土雨蚀破坏过程分析79-85
• 5.2.2 降雨对夯土内部温度、含水率及可溶盐含量的影响85-97
• 5.2.2.1 降雨对土体内部温度的影响85-86
• 5.2.2.2 降雨对土体含水率的影响86-89
• 5.2.2.3 降雨对土体内可溶盐含量的影响89-91
• 5.2.2.4 温度、含水率、可溶盐的协同作用91-97
• 5.2.3 夯土雨蚀破坏的影响因素分析97-112
• 5.2.3.1 降雨强度对雨蚀破坏的影响97-104
• 5.2.3.2 降雨循环次数对三种破坏模式的影响104-105
• 5.2.3.3 土体强度对三种破坏模式的影响105-112
• 5.3 本章小结112-115
• 第六章 雨蚀破坏影响机制的量化研究115-131
• 6.1 夯土遗址雨蚀影响因素研究115-117
• 6.2 夯土雨蚀破坏的量化分析117-130
• 6.2.1 试验设计117-120
• 6.2.1.1 方案设计118-119
• 6.2.1.2 样品制备119-120
• 6.2.2 试验结果120-124
• 6.2.2.1 低强度夯土重塑样的破坏过程121-122
• 6.2.2.2 高强度夯土重塑样的破坏过程122-124
• 6.2.3 结果分析124-130
• 6.2.3.1 土体前期含水率对夯土破坏模式和雨蚀程度的影响125-128
• 6.2.3.2 土体强度对夯土雨蚀的影响128-130
• 6.3 本章小结130-131
• 第七章 降雨作用下明长城典型遗址的稳定性分析131-144
• 7.1 Geo-studio软件操作简介131-133
• 7.2 明长城典型遗址坍塌的数值模拟及稳定性评价133-143
• 7.2.1 D1-1型遗址坍塌的数值模拟及稳定性评价133-135
• 7.2.2 D2-2型遗址坍塌的数值模拟及稳定性评价135-137
• 7.2.3 D2-3型遗址坍塌的数值模拟及稳定性评价137-139
• 7.2.4 D2-4型遗址坍塌的数值模拟及稳定性评价139-141
• 7.2.5 D3-1型遗址坍塌的数值模拟及稳定性评价141-143
• 7.3 本章小结143-144
• 结论与创新144-147
• 参考文献147-155
• 攻读博士学位期间取得的研究成果155-157
• 致谢157-159
• 作者简介159

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