土遗址加固中木锚杆锚固机理的现场试验研究

木锚杆锚固机理的研究对于土遗址传统材料与工艺的科学性挖掘和当今的保护加固具有重大价值。选择代表性的土遗址（交河故城）开展现场锚固测试,包括锚固性能测试和第一界面层（杆体-浆体）剪应变监测。试验结果表明：①鉴于杆体的自然选材,不同杆体的锚固性能差异较大,但锚固潜力巨大;②受力状态下,剪应力沿着界面呈现含峰值非均匀分布;③荷载逐步增大时,界面剪应力峰值逐步向末端转移;④剪胀作用明显,增强了锚固性能;⑤兼有拉力型和压力型锚固系统的复合特征。     

南竹加筋复合锚杆加固土遗址研究

 南竹加筋复合锚杆是专门针对大体量土遗址加固设计的一种新型锚杆。通过试验证明,采用PS系列灌浆、南竹加筋复合锚杆加固土遗址符合文物保护的原则。当采用水泥砂浆作为灌浆材料时南竹加筋复合锚杆单位锚固力可采用30 kN/m,当采用PS-(F+C)浆液灌浆时单位锚固力可采用20 kN/m。南竹加筋复合锚杆加固土遗址时的薄弱界面是锚杆杆体与锚固体之间,水泥砂浆和PS-F灌浆材料的强度都可以满足南竹加筋复合锚杆锚固时的要求,水泥砂浆锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为187 kPa,特征值为85 kPa;12%PS-F与粉煤灰锚固体与锚杆杆体的黏结强度标准值为114 kPa,特征值平均为52 kPa。     

夯筑土遗址中基于PS-(F+C)浆液的木锚杆锚固性能

基于室内物理模型试验和原位锚固试验,对基于PS-(F+C)（高模数硅酸钾溶液-（粉煤灰+粉土））浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应力分布与传递特征。试验结果表明该锚固系统室内试验极限锚固力（24KN~33.49KN）远大于现场试验值（2.54KN~8KN）;锚固系统具有低弹性强塑性的特征,表现出极强的延性;在荷载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有多峰值分布、高值往往出现在锚固末端、压应力出现等特征,表明本锚固系统兼有拉力型和压力型全长黏结性锚固系统的特点。该系统适合于夯筑土遗址锚固,与遗址具有良好的物理力学兼容性。     

交河故城土体裂隙灌浆材料性能试验

 以PS为主剂,粉煤灰和交河故城原生土为填充材料,氟硅酸钠为固化剂制得PS-(F+C)浆液,测定浆液的初凝速度,并观测结石体的收缩变形性。测试结石体在不同龄期时的强度,对比固化温度、固化剂掺量、PS模数、PS浓度以及水灰比等因素对结石体强度的影响。对PS-(F+C)浆液结石体进行水稳定性、抗冻融性、安定性和耐碱性等耐候性试验。试验结果表明,PS-(F+C)浆液和易性与可灌性非常好,它与交河故城生土遗址相兼容,浆液的凝结速度适中且可调,水灰比为0.60时的线性收缩率约2.6%,PS主剂浓度是决定浆材长期强度的最关键参数,吐鲁番夏天较高的固化温度有利于气硬性PS-(F+C)浆液结石体强度的增长,而且浆液结石体的耐候性能良好。PS-(F+C)浆液将用于封护加固交河故城生土遗址中的裂隙,防止雨水沿裂隙冲蚀下切崖体。     

夯土-水硬石灰与石英砂浆液-木锚杆锚固系统性能

运用室内物理模型试验和原位试验,对基于水硬石灰与石英砂浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应变分布与传递特征。试验结果表明,该锚固系统50 cm 锚固长度可以提供30～45 kN（室内）与16．2～19 kN（现场）的极限锚固力;锚固系统具有较强的延性;在加载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值或双峰值分布、界面应力向锚固末端传递、压应力出现在锚固段中末端等特征,表现出复杂的受力特性。研究结果表明,该锚固系统在结构形式和力学性能上适合于夯筑土遗址加固,并与遗址体具有较好的兼容性。     

土遗址锚固用烧料礓石拌合遗址土浆液龄期性能

为寻求与土遗址更为兼容的锚固灌浆材料,选择烧料礓石与民勤县明长城红沙堡遗址土以1∶1比例拌合的浆液材料,对其结石体进行了不同龄期收缩率、含水率、波速、渗透系数、密度、抗折强度和抗压强度的测定及微观结构变化观测。试验结果表明,结石体在龄期28天的收缩率、波速及含水量基本趋于稳定,而抗折强度和抗压强度28天后仍持续发展,直到龄期90天时保持稳定。微观结构观察结果较好地证明了以上规律。烧料礓石前期水化及后期碳化反应保证浆液早期及后期强度。同时渗透系数及密度与遗址土的相近,保证了结石体与遗址土体的兼容性。研究初步表明,该浆液适宜于土遗址锚固工程中使用。     

烧料礓石改性遗址土裂隙注浆材料龄期性能试验研究

为探究土遗址裂隙注浆的适宜材料,选择烧料礓石与遗址土作为主要浆材。基于土遗址体力学强度及浆材流动性试验,确定3种不同浆液配比及水灰比。根据浆体在裂隙注浆工程中的实际工作条件,对浆液结石体进行室外土体掩埋养护,测试其龄期物理力学性质,观察显微结构。结果显示,结石体基本物理性质在养护前3 d受含水率影响显著,龄期3~8 d呈线性变化,龄期8~18 d为过渡阶段,龄期18 d后保持稳定;收缩率、波速、孔隙率、抗折强度和抗压强度随烧料礓石配比增加而增大,密度、渗透系数反之;结石体硬化过程具有初期水化反应提高强度快,后期碳化反应持续时间长,并且物理性质稳定的特点。SEM揭示钙质胶结在土颗粒间的存在形态,增强了骨架颗粒间的黏结力。EDS分析进一步显示随烧料礓石配比增加,结石体中钙元素和碳元素的含量逐渐增高。研究初步表明,烧料礓石改性遗址土适宜作为土遗址裂隙注浆材料。     

木质锚杆加固生土遗址研究

通过对木质锚杆、PS浆液加固生土遗址的现场试验,认为不同的PS灌浆材料对木质锚杆的锚固力的影响不大;木质锚杆、PS系列灌浆材料加固土遗址时锚杆的长度不能太大,长度不宜超过1.5～2.0 m;木质锚杆的单位锚固力可采用5 kN/m,单根锚杆的锚固力大于4 kN;建议可进行木质锚杆、PS系列材料加固土遗址钻孔直径和锚杆长度对锚固力的影响的系统研究,并对锚杆的锚头采用新的方法。     

交河故城的裂隙特征研究

用地质工程和建筑学的理论与方法研究交河故城文物本体和载体裂隙(缝)的分布规律和特性。结果表明:交河故城裂隙(缝)主要包括卸荷裂隙、构造裂隙、变形裂隙、建筑工艺裂缝。交河故城发育三组优势节理,卸荷裂隙主要分布在崖体东边和一些宽大的文物本体台地上,具有张开度大,延伸长的特点,其破坏性最大。建筑工艺裂缝是墙体最主要病害,变形裂隙是窑洞的主要破坏形式,崖体裂隙形成与台地微地形地貌及地质条件关系密切,卸荷裂隙和节理共同作用是崖体裂隙的主要特征。     

西北干旱区土遗址的主要病害及成因

 通过大量的现场调查和室内分析测试研究发现，遗存在我国西北干旱地区的古代土遗址存在的主要病害形式是墙基凹进、墙面呈蜂窝状或片状剥离、墙体开裂坍塌等。这些病害的形成是风蚀、雨蚀和易溶盐反复的溶解结晶等综合作用的结果。研究结果可为这一地区的土遗址保护提供指南。