遗址粉土强度及崩解性能的冻融循环效应与微观机理研究

论文摘要

河南省地处中原,是人类文明的重要发源地之一,土遗址分布众多,且多为粉土夯筑。由于粉土特殊颗粒的级配特征和颗粒组成,遗址土体的力学性能稳定性较差。在自然环境改变和人为扰动的情况下,极易出现土遗址坍塌、掏蚀、局部脱落等病害,直接威胁到土遗址结构的整体稳定性及安全赋存。目前,古文物保护工作者多采用局部夯补的方式对土遗址进行加固防护。而河南省属于季节性冻土区,土体受冻融循环效应影响明显,冻融循环作用下土遗址夯补体的强度及崩解特性直接关系到土遗址的加固效果及灾害防护的有效性。但目前针对河南地区粉土力学特性的冻融循环效应研究较少,有必要结合河南地区土遗址的赋存环境,研究冻融循环作用对粉土遗址强度及崩解性能影响,对土遗址的预防性保护和加固修复提供技术依据和理论支持。本文以新密古城寨遗址粉土为研究对象,基于土遗址的实际赋存环境,对土遗址散落土的强度及崩解特性进行试验研究。首先,对遗址土的基本物理性质进行试验测定;其次,在不同冻融温度幅度下（-5℃冻结5℃融解与-15℃冻结15℃融解）,对经历0、1、3、5、7、9次冻融循环作用的不同含水率试样进行直接剪切试验,分析遗址粉土试样抗剪强度的变化规律特性;然后,对不同冻融循环作用下的遗址粉土样进行崩解试验,分析冻融循环作用下遗址土体的崩解特性;最后,运用扫描电镜对部分土样进行微观结构试验,并结合图像处理软件Image Pro Plus6.0对不同冻融条件及含水率土样的孔隙结构特征进行定量分析,从而解释冻融循环作用下土的性能劣化机理。本文主要研究内容及成果如下:（1）对土遗址散落土进行基本物理力学试验,得到遗址粉土的物理力学性能指标。该区域的粉土属细粒土,其主要特点是级配不良、低液限与低压缩性。（2）考虑冻融次数、冻融温度及试样含水率的影响,对土样进行系统的直接剪切试验。土样的力学性能因冻融循环作用出现劣化,含水率越高的土样劣化效应越明显;首次冻融循环作用后土样的抗剪强度降幅最为明显,随着冻融循环作用次数的增加,土样的强度性能劣化,但降低幅度逐渐减小,7次冻融循环作用后,遗址粉土的力学性能基本趋于稳定。土样强度特性的冻融循环效应随着含水率的增大呈增大趋势。冻融温度幅度的影响在土样含水率为1821.95%时体现最为明显,冻融温度幅度越大,土样的抗剪强度随冻融循环次数的增加衰减幅度更加明显。（3）对不同冻融循环作用下含水率为6%18%的试样进行崩解试验。发现遗址粉土的抗崩解能力较差,经历冻融循环作用后,含水率6%土样的崩解形态、崩解的时间变化不明显。冻融循环作用下,高含水率下土样的崩解时间缩短,崩解过程中试样土块的崩落形态发生改变。（4）冻融循环作用下遗址粉土,土样平面孔隙率增加,土样平均孔径变大;高含水率下土样,其大孔隙出现大幅增加,微孔隙减少;土样的孔隙定向角主要集中在60°120°之间,冻融循环作用对于土样的孔隙定向频率影响不明显。

论文目录

• 摘要
• abstracts
• 1 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 土遗址病害特征研究
•     1.2.2 冻融循环作用对土体性能的影响研究
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 2 遗址土的基本物理与力学性质研究
•   2.1 引言
•   2.2 基本物理性质测定试验
•     2.2.1 颗粒分析
•     2.2.2 界限含水率
•     2.2.3 室内击实
•   2.3 土体基本力学性质
•     2.3.1 土的强度特性
•     2.3.2 土的压缩特性
•   2.4 本章小结
• 3 冻融循环作用下遗址土的抗剪强度特性
•   3.1 引言
•   3.2 试验设计与试验流程
•     3.2.1 试验设计
•     3.2.2 试验仪器
•     3.2.3 制样过程
•   3.3 土的抗剪性能分析
•     3.3.1 冻融循环作用下循环次数对土体抗剪性能的影响
•     3.3.2 冻融循环作用下含水率对土体抗剪性能的影响
•     3.3.3 冻融循环作用下温度幅度对土体抗剪性能的影响
•   3.4 本章小结
• 4 冻融循环作用下遗址土的崩解特性
•   4.1 引言
•   4.2 试验方案与操作步骤
•     4.2.1 试验设计
•     4.2.2 试验仪器
•     4.2.3 试样制作
•     4.2.4 崩解试验流程
•   4.3 土样的崩解形态分析
•   4.4 崩解试验结果分析
•     4.4.1 冻融循环作用下土样崩解量与时间变化分析
•     4.4.2 冻融循环作用对土体崩解时间的影响
•   4.5 本章小结
• 5 冻融循环作用下遗址土的微观结构特性
•   5.1 引言
•   5.2 冻融作用下土的微观结构试验
•     5.2.1 试验仪器
•     5.2.2 试样制作
•     5.2.3 电镜扫描图像的选取
•   5.3 土样微观结构图像信息处理
•     5.3.1 数值图像处理
•     5.3.2 校准图形尺寸单位
•     5.3.3 图像参数选取
•   5.4 土体微观结构图像定性分析
•     5.4.1 冻融循环作用下不同冻融次数的土样微观结构图像对比分析
•     5.4.2 冻融循环作用下不同含水率的土样微观结构图像对比分析
•   5.5 土体微观孔隙参数定量分析
•     5.5.1 冻融循环作用下孔隙分布变化
•     5.5.2 冻融循环作用下孔隙定向频率变化
•     5.5.3 冻融循环作用下孔隙度变化
•   5.6 本章小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李力

导师: 边亚东,王浩,尹松

关键词: 粉土,冻融循环,抗剪强度,崩解,孔隙结构

来源: 中原工学院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 中原工学院

分类号: TU43

总页数: 62

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