圆明园舍卫城遗址夯土崩解试验研究及保护建议

夯土的工程特性与夯土的抗风化能力息息相关,尤其夯土的矿物构成、颗粒密度和耐崩解性能决定了夯土城墙的稳定性与抗风化能力。本文首先对圆明园舍卫城遗址夯土的矿物成分进行了分析,然后根据土工试验方法等国家标准,对舍卫城夯土含水率、块体密度、开孔孔隙率、颗粒密度、总孔隙率、颗粒粒径进行了测试实验,并并开展了夯土耐崩解性实验。研究结果表明,舍卫城夯土主要由石英、方解石、斜长石、微斜长石、绿泥石,云母等构成。夯土本身富含粘土矿物及夯土颗粒分布级配不良是夯土城墙破坏的重要内因,水是舍卫城夯土城墙破坏的重要外因,而水的来源主要有储存的地下水及毛细作用,以及明显降雨,至夯土墙体饱和,使土体内部产生不均匀应力,导致土体沿着孔隙、裂隙方向崩解。在此研究基础上给予相应的保护建议。     

明代夯土长城的城墙材料与构造——以大同镇段为例

为了深入了解夯土长城的材料和构造特征,在对现存明大同镇段长城这一典型夯土长城遗存进行实地考察的基础上,借鉴土力学的相关理论和方法,对城墙夯土材料的种类和存在方式进行了分类统计,并从基础做法、夯层厚度、夯层构造和铺设植物枝条做法等方面分析了城墙的构造特征,揭示出夯土长城在材料和构造方面的丰富性以及与环境的密切相关性.结果表明,明大同镇段夯土长城的城墙高度一般为6~10 m,墙面斜度一般为70°~80°,夯层厚度多为150~250 mm,夯土材料由细粒土、砂砾、碎石、块石和植物枝条组成,夯土材料中砂砾、碎石和块石的含量与地形和土壤环境有密切关系,证明取材方式为就近取土,夯层中砂砾、碎石和块石或铺砌或掺杂的多种构造方式反映了古人基于当地土质和实践经验对夯层构造的改良,少数案例显示了夯土中可能铺设了植物枝条作为连接筋,反映了古人的夯土技术成就.     

圆明园舍卫城城墙夯土工艺的科学分析

圆明园位于北京西郊，是一组清代的大型皇家园林，蕴涵丰富的历史、文化、宗教和考古价值，自英法联军火烧圆明园，此后又经历数次劫难，风化破坏十分严重，严重影响遗址的保存与展示。通过舍卫城遗址现场勘查，其城墙夯土遗址共分为14层，形制与普通夯土存在明显的不同，具有典型清代官式建筑土作的做法，目前关于清代官式建筑营造记载的文献主要集中在《工程做法则例》中，但关于“灰”与“土”的内涵缺乏科学认识与解读，为了舍卫城保护修复过程中修补材料的准确应用，舍卫城遗址夯土工艺就十分必要。因此针对这一关键问题，本文采用X射线衍射分析、激光粒度分析及密度与孔隙率分析等手段，对圆明园舍卫城城墙的夯土进行了较为全面的理化检测和工艺性能研究。结果表明，舍卫城城墙主要由石灰和土组成，且没有人为添加细砂，灰土比最接近二八灰土，与古文献《工程做法则例》中的十六把小夯灰土相吻合。同时，通过多种科学数据对比，可进一步推测在夯筑灰土过程中，下层夯土使用了更多的灰土量。多层次的夯土制作工艺，展示了清代宫廷工匠对夯土技术的工艺认识和制作方法。对舍卫城城墙土作工艺进行复原，相关结果为研究圆明园的建筑特点，夯土城墙的文物保护和科学修复等内容，提供了重要科学支持和有益借鉴。     

北宋东京开封外城的历史演革

北宋东京外城来源于五代后周时期所修的罗城。北宋时期,修筑了瓮城、马面、敌楼等防御设施。城墙内外皆为夯土,十分坚固。除了加固城体之外,北宋时还对外城南墙进行外扩,以增加城市容量。城墙外围有护城河,河宽水深。     

嘉峪关关城夯土遗址的主要病害及成因

嘉峪关关城夯土遗址是嘉峪关明长城中较为典型的遗址,具有非常高的历史科学价值。嘉峪关关城夯土遗址的主要病害是城墙开裂、楼体倾斜、彩饰彩画剥落、墙体渗水等。产生这些病害的原因除与遗址自身因素有密切关系外,还与风沙蚀、雨蚀、温差变化、其他因素的影响有极大关系。     

泉州历代城墙范围演变与砌筑方式

基于明清官修地方志,采用定性和定量相结合的方法,通过与现存遗址、1922年泉州城测绘图、近现代文史研究和影像资料的对比考证,系统研究福建泉州古代城墙演变和砌筑方式.研究结果表明:泉州城墙建设从唐代开始一直持续至清初,特别宋元时期是泉州城址拓展和城墙建设最为频繁的黄金时期;泉州城墙在城郭初创期、巩固成型期和防御改造期,先后采用植物固基的夯土版筑、砖石搭接的"外砖内石"、砖石独立的石砌包砖、条石垒叠的关东式城墙4种方式.此外,研究还发现"外砖内石"城墙、泉州民居"出砖入石"墙体和塔克西拉"花墙"三者具有形态和砌筑工艺上的相似性.     

定远营遗址稳定性和微观劣化的研究

在自然环境的反复作用下,土遗址表层持续劣化并产生宏观病害,致使土遗址本体的稳定性存在隐患,合理评价土遗址的安全性为文物界所关注.以西北地区阿拉善盟定远营城墙为研究对象,定性分析城墙各段病害,测定城墙土样的基本物理指标和力学性能,运用ABAQUS软件进行数值模拟,对比分析自然状态和降雨条件下的城墙稳定性,发现随含水率提高城墙存在失稳的危险.在宏观劣化现象分析基础上,运用X射线衍射仪和扫描电镜技术对城墙内外部夯土的成分和微观结构进行研究,探讨城墙劣化的机理.对土遗址稳定性和微观劣化的分析方法揭示了残存土遗址的真实状态,有助于土遗址的保护和修复,避免土遗址修复方案的盲目性.     

地下水对城市地下空间开发的制约及机理

国土空间资源和城镇化用地需求矛盾日益突出,城市地下空间开发是解决上述矛盾的有效途径.然而,城市地下空间建设及运营过程中将改变地下三相介质(固-液-气)的平衡状态,造成一系列工程、环境及生态问题.地下水是地质体中能量传输和物质迁移的载体,是引起岩土体性质、地下水化学组分及水动力条件变化的关键因素.因此,以地下水为主线,总结并阐述了8种城市地下空间开发及运营过程中可能引发的与地下水相关的工程、环境及生态问题:地下水水压、浮力、地表变形及沉降、特殊岩土体性能劣化、地下结构腐蚀、地震震害、地下水污染及城市热岛效应.由于目前研究地下水与城市地下空间(特别是深部地下空间)相互作用的机理及实际案例很少,导致对地下水系统变化造成的相关问题的机理认识有限.提出了5个方面的研究建议:加强对城市地下空间建设及运营过程中的体系化监测;研究地下水系统变化对岩土体物性影响;研究地下水系统变化对地层中有毒元素由深部向浅部垂向运移机理;研究多场耦合作用下城市地下空间开发与地质环境相互作用及长期影响;研究地下水水位变化对基础抗浮设计的影响.     

圆形福建土楼模态分析

为了研究福建土楼的动力特性,运用有限元数值模拟方法,将土楼简化为外部夯土结构、夯土-木构混合结构两种模型,并对模型进行模态分析;研究夯土弹性模量、夯土密度、夯土墙高度、土楼结构平均半径及夯土墙平均厚度等5个因素对土楼外部夯土结构自振频率的影响.结果表明:夯土结构自振频率随着夯土弹性模量、夯土墙平均厚度的增加而增加,随着夯土密度、夯土墙高度、土楼结构平均半径的增加而减小;夯土结构自振频率与夯土弹性模量的平方根近似成正比,与夯土密度的平方根及夯土墙高度近似成反比;不同阶自振频率曲线发生重合现象,说明圆形土楼夯土结构可能存在密频现象,也说明材料特性变化对不同阶自振频率的影响基本一致;土楼结构平均半径和夯土的弹性模量的参数敏感性最大,夯土密度的参数敏感性较小.     

焦山古炮台夯土成分及力学性能

为确定焦山古炮台修复工程中夯土主要材料的配比及改进其制作工艺,采用传统方法试制了夯土试样,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜,对比分析了古代夯土与现代夯土的组成成分,综合确定焦山古炮台夯土的成分比.通过测试夯土试样的力学性能,得到其应力应变曲线.结果表明,焦山古炮台夯土的主要材料土、石灰、细砂的配比为4:3:3,其力学性能与混凝土类似,用改进的Saenz公式能很好地拟合其本构关系.分析结果可为类似古建筑维修工程提供参考.     

矿井突水地质构造富水性的探查技术

岩溶陷落柱、断裂、老窑采空区是引起矿井突水的主要地质构造。在对比研究了各种物探方法应用条件的基础上,采用三维地震查明地质构造的类型、大小及分布范围,利用瞬变电磁法和SYT电磁测深技术探查构造的富水性。研究表明,地层的富水性与其视电阻率大小具有一定的相关性,富水的地层视电阻率值较低,反之视电阻率较高。根据横向和纵向电阻率等值线图分析地质构造的富水性,为矿井突水危险评价提供地质依据。淮南矿区突水地质构造探测结果显示:在探测区内发育两个陷落柱,西北部的陷落柱无水,东部陷落柱富水程度高。实际巷道揭露资料与探测结果基本吻合,该物探方法组合不失为探查地质构造富水性的一种有效手段。     

音频大地电磁法在中甸断裂勘察中的应用

电磁勘探方法是探测地球浅部电性构造的一种实验方法。以中甸断裂勘察为例,利用音频大地电磁,通过反演解释振幅和相位曲线得到其地电断面信息,研究了地电断面电阻率的差异进而区分岩性及构造体,并根据电阻率量值的大小以及在地下的展布形式来识别地下地质体空间分布和性质。勘察结果给出了测区目标断裂的位置和规模,较好地区分了破碎层与完整基岩,为后续工作的开展提供了地球物理依据。结果表明,音频大地电磁法在探测浅层破碎带方面是有效的。     

应用AMT确定月牙泉回灌治理中的导水构造

 随着敦煌地区经济发展和人口增长,对地下水的巨量需求导致过度抽取,地下水位急剧下降,沙漠奇观月牙泉面临干涸的困境。查明敦煌月牙泉地区的水文地质条件,弄清该地区地下水的循环规律,及时保量向月牙泉补充地下水源,是一个亟待解决的问题。根据断层、导水古河道和围岩之间的物性差异,结合现有的水文地质资料,利用音频大地电磁测深法,查明了月牙泉导水构造的分布,为月牙泉地质环境治理提供可靠的基础资料。勘查结果显示月牙泉及其附近地区分布有明显的断层和导水古河道,应用音频大地电磁测深法确定断层、导水古河道的分布具有明显的地质效果,为月牙泉地下水回灌工程的开展提供科学依据。     

孔内多点源直流电阻率三维正演研究

为验证孔内多点源地面三维观测方法的有效性,通过孔内多点源地表电位场理论公式推导、有限差分数值计算研究了多种地电模型的地表响应.结果表明,钻孔内多点源直流电阻率三维观测思路可行,能够很好地识别地下异常体的平面位置及电阻率高低.可见在工程勘察中,可以在钻孔内布置多个点电源地表三维观测,判定钻孔附近地下岩土层结构及含水区分布情况,为钻孔周围的勘察空白区提供补充,丰富工程勘察资料.     

高密度电法在岩溶勘察中的应用

随着高速公路建设的快速发展,岩溶作为一种典型的不良地质现象在施工建设中的危害越来越明显.该文简要介绍了高密度电阻率法所基于的静电场理论和工作特点,应用该方法在某高速公路建设中的岩溶勘察进行了探测,获得了测区部位的视电阻率二维成像图;通过对视电阻率二维成像图异常形态、高低阻等特征的分析,推断出地下岩溶、溶洞的分布范围、大小和埋深.经钻探资料证实,推断结果与实际情况相吻合.     

基于数值模拟的地下空洞高密度电法分析

采用高密度电法探测地下空洞时,由于受到地下空洞类型、地下电流分布等干扰因素的影响,常常会导致探测结果有所偏差.利用ANSYS对典型地下空洞地电模型进行了数值模拟,结果表明探测精度不仅与空洞埋深、电阻率值高低及相邻洞体间距有关,还与所采用的探测装置类型、电极间距等因素有关;还通过对实际煤矿采空区开展高密度电法的数值模拟,计算结果与现场实测结果基本一致,也证明将数值模拟技术与现场实测结果相结合,对于补充解释和准确判断地下空洞的分布具有较好的参考价值.     

瞬变电磁法在探测煤田采空区积水中的应用

在介绍测区地质概况的基础上,利用瞬变电磁法对同煤集团塔山煤矿采空区及采空积水区进行探测,在已知地质钻孔附近进行了参数选择实验,并根据高阻为采空区,特低阻为采空积水的地球物理原则,指导后期资料解释。     

垂直防渗墙横剖面电阻率数值与物理模拟研究

就防渗墙这一特定结构和所处地球物理环境,进行了电场有限元数值模拟和物理模拟;基于模拟结果,论证了横剖面电阻率法在防渗墙质量检测中应用的可行性、应用特点和应用条件．结果表明：垂直于防渗墙走向的平行测深剖面构成了防渗墙墙体的似电阻率测深数据,该数据能够反映截渗墙的漏点分布情况;与周围土介质有较大电阻率差异的高阻截渗墙可以用电阻率横剖面法进行普查,若有必要,可用弹性波CT等勘探技术进行详查工作．     

羊三木油田低阻油层测井评价方法

针对羊三木油田低阻油层.综合地质、钻井特征,对低阻油层成因进行了分析,认为该区低阻油层主要是由于薄层、高束缚水饱和度储层引起.针对羊三木油田的实际情况.提出了区域构造对比法、自然电位减少系数法等低阻油层定性评价方法和针对高束缚水饱和度的双水法、针对薄层处理的高分辨率处理技术等定量评价方法.     

基于三维地质模型的地下洞室参数化设计与方案优选

水电工程地下洞室区域所处的地质构造往往比较复杂，二维设计方法有一定的局限性．引入非均匀有理B样条（NURBS）技术，并结合地质交互解译、TIN算法和地质趋势面分析理论方法构建三维地质模型．基于三维地质模型，提出地下洞室三维参数化设计的概念和方法，对设计成果进行分析，并应用改进的层次分析法，构建地下洞室设计方案的优选模型．通过在某水电工程设计中的应用验证了该方法的可行性．