土遺址加固保護無損檢測中的溫度場特性研究

《土遺址加固保護無損檢測中的溫度場特性研究》是依託上海師範大學，由張得煊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：土遺址加固保護無損檢測中的溫度場特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張得煊
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

在我國絲綢之路、黃河流域的古代土建築遺址加固保護工程中，急需一種非接觸、無損傷的檢測方法來評價加固效果。而這項工作必須建立在有明確物理意義的量化參數的基礎上，才能夠科學地、規範地進行。本項目擬運用室內試驗、模型試驗、現場試驗以及相關的數值計算分析等方法，系統研究利用溫度場（紅外熱像法）進行無損檢測中需要解決的關鍵科學問題：（1）土遺址加固前后土體物理場與溫度場參數之間的機理與內在聯繫；（2）用溫度場參數代替物理場參數的表達形式；（3）在現場複雜環境條件下,土遺址土體三維熱傳導計算模型的簡化方法。並在此基礎上形成用紅外熱像檢測土遺址的，定量化、非接觸、無損傷的評價方法。本研究項目將土力學、傳熱學原理與現代無損檢測技術有機地結合，拓寬了岩土工程學的研究範圍，對我國西部地區的土遺址風化機理研究以及加固保護方法的發展具有十分重要的科學意義。

結題摘要

我國是世界上文明起源最早的國家之一，在古絲綢之路、黃河流域遺留下大量古代土建築遺址。這些土遺址歷史久遠，有的已被列為世界文化遺產，有很高的考古學和歷史價值。但是，千百年來，嚴重的風蝕和集中強降雨沖刷破壞，大批的土遺址風化、大面積坍塌，正遭受毀滅性的破壞。研究土遺址的病害及成因，針對性的進行搶救保護是一項刻不容緩、十分艱巨的任務。由於文物保護加固工程的最大特點是要保持原狀，無損檢測技術是目前土遺址保護加固之中急需解決的一個重要課題。本項目運用了室內試驗、模型試驗、現場試驗以及相關的數值計算分析等方法，系統研究了利用溫度場(紅外熱像法)進行無損檢測中需要解決的關鍵科學問題：（1）土遺址加固前后土體物理場與溫度場參數之間的機理與內在聯繫；（2）用溫度場參數代替物理場參數的表達形式；（3）在現場複雜環境條件下,土遺址土體三維熱傳導計算模型的簡化方法。取得的主要成果如下：（1）研製了可測定土遺址土體熱傳導率的裝置，進行了PS 材料加固土樣的熱傳導率測定試驗及室內模型試驗。結果表明，經PS 材料加固後的土遺址土體具有熱傳導率減小的趨勢，並且PS 材料濃度越大，加固土體的熱傳導率越小。這表明經PS材料加固後，土遺址土體的熱傳導係數發生了變化，找到了利用溫度場進行土遺址加固評價的熱力學參數與科學依據。（2）為了實現利用紅外熱像儀測定土遺址熱傳導係數的目的，設計了相應的試驗裝置，並利用新疆交河故城遺址現場取得擾動土製成不同物理條件下的模型進行導熱係數測定試驗。分析土樣表面溫度隨時間的變化規律， 並根據非穩態導熱理論反算出土樣的熱傳導係數。為了驗證紅外熱像這種非接觸無損測定土體導熱係數方法的可靠性，在同樣的土樣上利用熱特性分析儀直接測量了土樣的導熱係數，解決了利用紅外熱像技術測定土體導熱係數的理論問題。（3）為了建立土遺址無損檢測中溫度場與應力場的關係，利用新疆交河故城遺址現場的擾動土製成土樣，並經過不同濃度的PS 加固，測定其力學強度和熱傳導率。經PS 加固後的土樣，其力學強度增大且熱傳導率降低。在相同PS用量條件下，土樣力學強度隨PS 濃度增加而增大；熱傳導率隨PS 濃度增加而減小。通過對實驗數據回歸分析，熱傳導率與強度具有良好的線性負相關關係。