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土遗址锚固机理初探

【来源:出版社 | 发布日期:2018-01-05 】 【选择字号:

本书荣获第十一甘肃省优秀图书、音像制品及电子出版物奖(二等奖)

本书受到“国家科技部十二五科技支撑计划课题‘干旱环境下土遗址保护成套技术集成与应用示范’(2014BAK16B02)”资助

 

书  名:土遗址锚固机理初探

作  者:张景科 郭青林 李最雄 谌文武 著

策划编辑:施援平 王曦莹

责任编辑:郝可伟 施援平 王曦莹

封面设计:管军伟
开  本:710mm×1020mm   1/16
版  次:2014年9月第1版
印  次:2014年9月第1次印刷
书  号:ISBN 978-7-311-04540-1
定  价:55.00元

 

                 前 言

  我国有五千多年的文明史,在这漫长的历史长河里中华民族创造了光辉灿烂的历史文化,留下了灿若群星、独具特色的文化遗产。保护好、传承好、利用好这些文化遗产,对于继承和发扬中华民族优秀传统文化具有重大意义。

  古遗址是我国优秀文化遗产的主要组成部分,它是历史上遗留下来的人类房居和进行生产、文化、宗教、军事防御等活动的建筑遗址。古遗址分土建筑遗址、石窟寺、墓葬等,但土遗址和石窟寺是古遗址中数量最大、最重要的两类。

  土遗址是以土做建筑材料的遗址,它遍布全国,尤以西北干旱半干旱区为最多,它具有重大历史、科学和艺术价值。然而长期以来受到自然界诸因素,如温湿度变化、冻融、风蚀、雨蚀等环境因素及人类活动的影响,大部分土遗址处于濒危状态,亟待挽救加固。

  土遗址保护作为一个新兴的学科,它未形成科学、系统的理论体系,目前主要依靠初步的室内实验研究、现场试验及工程实践经验,实施以抢险为主要目的的加固工程。

  本研究选择土遗址抢险加固中最核心的工程措施——锚固作为研究对象,基于工程实践总结出土遗址加固系列锚杆;通过现场拉拨测试分析,揭示各类型锚固系统界面力学传递特征与极限锚固力;根据锚固系统拉拨进程中的阶段性,引用最新锚固理论开展各类锚固系统破坏界面的理论分析,并与现场试验相比较,探讨锚固理论的科学性与不足,为土遗址保护提供科技支撑。

  本研究的主要结论及亮点如下:

  (1)竹木杆材是我国古建筑中的主要建筑材料,这是中国、日本、韩国等东亚国家古建筑的一大特征,有别于欧美国家,这与材料本身特性、结构特性、气候环境和文化特征密切相关;充分证明了竹木杆材在土遗址加固的适宜性;基于现有的一些考古调查资料、加固研究成果和大量的土遗址锚固工程实践经验,尝试建立土遗址加固系列锚杆体系、各类锚杆的选材及锚固工艺,初步实现土遗址锚固的规范化,避免加固工程中锚固的随意性。

  (2)木锚杆和改型木锚杆锚固试验测试分析表明:锚固系统失效位于杆体——浆体界面,以杆体拨出的形式出现;最大剪应变在距孔口一定距离的位置,在受力过程中界面出现剪胀作用;锚固系统具有非常强大的延性;从加荷到破坏,杆体——浆体界面经历了弹性变形——塑性变形——脱黏——黏滑——破坏等力学过程;极限荷载可达100kN;以上研究结论充分证实了传统工艺的科学性。

  (3)楠竹锚杆锚固试验测试分析表明:锚固系统失效位于杆体——浆体界面,以杆体拨出的形式出现;杆体——浆体界面经历了弹性变形——塑性变形——脱黏——破裂等力学过程。相对木锚杆系统,楠竹锚杆的锚固力较小,这也是在北方土遗址中竹材运用较少的原因。

  (4)复合锚杆锚固试验测试分析表明:复合锚杆锚固系统失效主要位于加筋——复合材料界面,同时杆体——浆体界面也出现了一定的滑移;极限锚固力为80~408kN;各界面层的剪应力分布非均匀,在较低荷载下,剪应力大致沿着锚固深度衰减,但在较高荷载下出现了峰值及其转移现象;各界面层在受力过程中出现了剪胀作用;部分锚固段出现轴向压型剪应力;剪应力存在横向传递现象;加钢绞线复合锚杆锚固系统多以钢绞线拉断而失效,说明各界面层剪切刚度加大;各类型复合锚杆界面剪应力的性质的分布不尽相同,足见复合锚杆受力机制的复杂性。

  (5)玻璃纤维锚杆锚固试验测试分析表明:PS-(C+F)浆体与玻璃纤维锚杆锚固力极低,两者的兼容性较差,该锚固系统不适宜用于土遗址锚固;采用水泥砂浆极限锚固力可达46~120kN,杆体——浆体界面剪应力沿着锚固深度呈衰减趋势,锚固系统失效模式主要为浆体——土界面破坏;因此这种新型锚杆结合水泥砂浆浆体适宜用于土遗址载体的锚固。

  (6)基于Mindlin弹性解、界面两线型和三线型剪滑本构模型,从理论上分析了各类锚固系统界面力学传递特征同,并与现场试验相对比,发现弹性阶段下与实际较吻合,在软化——黏滑阶段理论分析与试验结果差距较大,因此对于脱黏后界面的力学传递理论还需深入研究。

  以上研究成果为土遗址锚固的规范化和科学化提供了科技支撑,初步揭示了各类锚固系统界面力学传递特征及锚固机理,锚固理论与试验对比分析为锚固理论的深入研究开拓了方向。