祁连山南北麓明长城夯土分形特征与工程特性关联性研究

作     者：关喜鹏 guanxipeng

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔凯

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：夯土 强度 变形曲线 抗风蚀 抗雨蚀 分形 拟合分析 

摘      要：夯土这种建造材料从古至今被世界各国各个朝代所采用,其中作为世界文化遗产和古代劳动人民的智慧与结晶且具有代表性的我国明长城就大量应用夯土材料。近几年,随着我国文物保护行业的兴起,土木工程、地质工程和土力学等行业与学科的介入与结合,明长城这类夯土遗址的相关研究吸引了大量学者的广泛关注。基于此,为了系统而全面的研究明长城遗址夯土的工程特性,选取祁连山南北两麓的18处不同属地夯土作为研究样本,以现场勘察和室内试验作为主要的研究手段和方法,通过深入分析夯土的抗风蚀特性、抗雨蚀特性和力学特性,而后从颗粒组成与分布和孔隙分形这两个微观角度的联合分析揭示了其与夯土的工程特性的内在关联性。研究结果如下:(1)祁连山南北两麓的18处明长城遗址夯土在抗压特性和抗剪特性方面具有较大的差异性,依据差异性的变化规律,将上述夯土分为抗压特性强型和抗压特性弱型这两类,同理,将上述夯土分为抗剪特性强型和抗剪特性弱型这两类;(2)祁连山南北两麓的18处明长城遗址夯土的抗风蚀和抗雨蚀能力具有显著差异,为此,将其划分为抗风蚀能力强型、抗风蚀能力弱型、抗雨蚀能力强型和抗雨蚀能力弱型;(3)依据上述夯土抗压特性、抗剪特性、抗风蚀能力和抗雨蚀能力强弱可将其划分为工程特性良好型与工程特性一般型。(4)依据分形理论和非线性拟合分析发现,祁连山南北两麓的18处明长城遗址夯土均具有较高的粒度和孔隙分形特征,依据分维结果分别将其划分为分维值大和分维值小这两个区间段,两组分维值所划分的区间段具有一一对应关系;(5)两类夯土表征力学特性、抗风蚀特性和抗雨蚀特性的指标值与粒度分维值和孔隙分维值具有特定函数关系,通过各个特性指标与分维值的关联研究可以对18处不同明长城属地夯土的工程特性进行优劣性评价,最终得出分维值这一指标可以作为判定夯土工程特性优劣性的易得指标。