降雨入渗对故宫城墙稳定性的影响

作     者：周长东 李艺敏 ZHOU Changdong;LI Yimin

作者机构：北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 

出 版 物：《建筑结构学报》 (Journal of Building Structures)

年 卷 期：2020年第41卷第S01期

页      面：286-296页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 083304[工学-城乡发展历史与遗产保护规划] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0833[工学-城乡规划学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51678039 51478033 51727813) 

主　　题：故宫城墙 降雨入渗 有限元分析 破坏机理 稳定性 

摘      要：故宫城墙是由内芯土和外包砖砌体组成,是具有代表性的中国古城墙。降雨入渗是影响城墙稳定性,导致城墙外包砌体开裂和失稳坍塌的直接原因。为研究降雨入渗对城墙稳定性的影响,以故宫城墙为研究对象,采用ABAQUS软件建立其非线性有限元分析模型;通过考虑墙体材料的渗透系数、吸湿曲线和初始孔隙率,模拟8种不同降雨历时和降雨强度工况,对城墙外包砌体的位移、应力和应变沿路径的变化曲线进行对比分析;利用位移量判断滑动面的位置和趋势,采用强度折减法得到城墙的最小安全系数,从而分析城墙的力学性能和稳定性,为故宫城墙的安全评估和保护修缮提供依据。分析结果表明:降雨作用下,故宫城墙外包砌体两侧外边缘沿高度中部4~8 m处、两侧底部0~1 m处和顶部沿轴向左右偏离1.5~2.5 m处的塑性应变和位移值较大,属于危险区域,应予以加固;降雨强度相同时,城墙水平位移随降雨时间的增长而增大;降雨历时相同时,城墙水平位移随降雨强度的增大而增大;相同降雨量下,短时强降雨容易因为排水不畅而导致内芯土吸水膨胀变形增大,从而造成城墙失稳破坏,城墙的安全系数更低。