土木工程论文哪里有？本文通过对不同冻融循环次数下城墙土毛细水损害，和毛细水可溶盐侵蚀后的城墙砖破坏的研究，进一步探究城墙的毛细水损害机理。通过预测毛细水对城墙可能的破坏方式，有针对性地提出防治措施，有效减少毛细水对开封城墙的破坏，延长古城墙的寿命，同时降低古城墙维护的投入，大大提升古都开封的整体形象。更经济，更绿色，更环保。
1 绪论
1.3 国内外研究现状
目前，国内对城墙破坏的研究，集中于风蚀、雨蚀等方面，就目前的研究现状来说，更多集中于单方面的研究：主要有城墙砖的破坏、城墙土的破坏，以及相关的修复措施等。
（1）古城墙病害的防治研究 经国内外专家学者研究总结，古城墙的病害类型主要包括表面风化、墙体裂缝、局部坍塌、基础掏蚀等。Nobuaki[5]等人专门研究了泰国砖质纪念碑的破坏机理，砖材料内部本身含有的一些可溶性矿物盐类溶解于水中，由于砖的孔隙比较大，随着水分的蒸发，可溶性盐类就会在砖的孔隙内滞留，慢慢结晶膨胀，导致砖块内部结构疏松劣化，经过反复循环，最终导致砖表面出现粉化脱落现象。Illampas R[6]等介绍了土遗址退化的主要原因和常见衰变机理。Charnov[7]通过对土遗址保护的考察，分析了土遗址保护技术的类别和优缺点。
墙体裂缝主要由地下水位变化引起的地基不均匀沉降导致，此外温度、植物根系膨胀及墙体外表层脱开也是墙体产生裂缝的诱因；墙面风化的主要成因包括水的冲刷、渗透和冻融循环；而墙身坍塌的主要成因是粘结材料失效、植物根系以及雨水渗透等[8-11]。苏娜[12]通过分析青海当地的气候特征，利用风洞试验研究了气候对古城墙的影响。周双林[13]通过现场回弹试验和实验室取样试验分析了寿光城砖的强度和微观结构，分析了寿光城墙病害产生原因。通过敖迎阳等人的研究[14-15]，发现古城墙的病害主要发生在外墙，其次是内墙，城门处病害程度最轻。
针对这些病害，国内外主要处理措施是加密夯筑土层，或进行防排水处理，包括针对地基的土坯砌筑脱换加固、静压注浆，及针对裂缝的锚杆锚固、裂缝注浆等[16-19]。耿明[20]利用 PS 溶液喷洒和滴灌城墙表面，研究 PS 溶液对城墙防止风蚀雨蚀的作用效果。毛筱菲[21]发现有机硅改性丙烯酸树脂乳液对城墙土体有较好的加固作用，使土体获得较好的耐水性和抗冻融性能。张光辉[22]研究了利用 BS-10 作为加固剂的城墙土处理方法，为城墙病害处理方式提供了重要参考。
土木工程论文
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3 城墙土毛细水破坏研究
3.1 冻融循环试验
在冻融循环试验中，根据冻结时热交换面数量的不同，将试件的冻结方式分为多向冻结法和单向冻结法。单向冻结是指在冻结过程中，只有一个面与外界环境进行热交换，同时用隔热材料将试件的其它面包裹起来，防止与其他面发生热量交换，试件一般从热交换面开始冻结。多向冻结法是指试件的各个面同时进行热交换，试件从各个面同时开始冻结。根据冻融过程中是否有外界的水分补给，冻融循环试验分为封闭系统和开放系统。按照冻融循环中冻结速度的快慢，冻结方式分为慢速冻结和快速冻结。慢速冻结是指在试件的冻结过程中，将试件的温度缓慢降低到设定的温度，土体中的水从表面开始冻结，并且在冻结过程中存在水分的迁移。快速冻结是指在冻结过程中，试件的温度很快降低到设定温度，土体中水分在表面和内部同时冻结，冻结过程中没有或很少有水分的迁移。
本次试验采用封闭系统下无补水冻结融化循环试验，试验仪器使用混凝土单向冻融试验机（如图 3-1）进行冻融循环试验。
图 3-1 单向冻融试验机
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5 城墙劣化的数值模拟分析
5.1 有限元模型建立
5.1.1 城墙建筑结构形式
根据在开封城墙金耀路段实测的开封城墙尺寸参数建立有限元模型。城墙外包砖分为两部分，外墙宽 0.8m，高 6.9m，顶部海幔厚 0.5m，宽 6.6m。城墙土分为两部分，第一部分为城墙内部夯土，第二部分为城墙底部地基土，由于部分城墙深埋地下，因此这部分夯土与城墙内部夯土材料相同，并左右外延 5m，深 5m。地基土在城墙底部地基土的基础上拓宽 15m，深 20m。几何模型界面尺寸如图 5-1 所示：
图 5-1 模型截面尺寸
5.1.2 材料力学参数
本次受力分析，对城墙的夯土部分和地基土部分采用弹塑性分析，对城墙的外包砖部分采用弹性分析。城墙砖的密度为 1.76g/cm3，城墙土的密度为 1.61g/cm3；根据回弹试验和抗压试验推算出城墙砖的强度等级，出于对城墙砖文物的保护和试件数量的限制，不再做试验求取砖的弹性模量，参考规范和文献得出城墙内部夯土的弹性模量取40MPa，城墙砖的弹性模量取 2500MPa[31]；城墙内部夯土的泊松比为 0.3，城墙外包砖的泊松比为 0.15；城墙内夯土的内摩擦角取 40°，粘聚力取 50kPa。本章采用摩尔-库伦模型对城墙夯土进行塑性分析。材料劣化分为城墙夯土劣化和外包砖劣化，当浸泡时间达到 30d 时，材料的强度已经产生了较大衰减，而随着时间的推移，材料的强度会产生进一步的劣化，因此分别将材料的弹性模量取原数值的 0.8、0.6、0.4 倍。根据第三章的直剪试验，随着冻融循环次数的增加，材料的内摩擦角和粘聚力也随之不断减小，因此参考冻融循环后的直剪试验数据，粘聚力和内摩擦角分别取 38°、36°、35°和40kPa、30 kPa、20 kPa。地基土的各项参数通过查阅开封粉砂土土质资料确定。
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5.2 城墙重力荷载作用下受力分析
开封城墙属于夯土类实心建筑，结构稳定性较好但自重较大，因此当城墙受到毛细水劣化作用时，极易在自重的影响下产生破坏。本章通过对城墙的弹性模量、内摩擦角、粘聚力等力学参数的降低，来模拟在城墙力学性能劣化的条件下城墙的受力变化情况。
观察城墙的等效应力云图可知，墙体应力的最大值主要集中在城墙底部，并且城墙外包砖所受应力要远远大于土体所受应力。观察四副云图，墙底的等效应力最大达到4.14MPa。这一方面是由于位于结构底部位置的材料受到的重力最大，另一方面是由于城墙夯土对城墙外包砖有一定的推动作用，因此在城墙底部外包砖与夯土接触处等效应力最大，由于受到土体的推动和挤压，使底部城砖承受较大压力，极易达到屈服状态，造成砌体开裂。
随着弹性模量的降低，整个墙体所受应力逐渐升高，并且城墙外包砖所受应力远大于夯土所受应力，因此在自然条件下砖砌体的破坏程度要高于土体的破坏程度。城墙第一主应力值增大，城墙应力逐渐向墙顶集中，应力最大值主要集中在城墙顶部，并且墙体中部由受压逐渐转变为受拉，且拉、压应力之间的差值逐渐增大。压应力主要集中在城墙下部，拉应力集中在城墙顶部，因此在正、负应力交界处，容易使砖破坏，对城墙结构造成危害。
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6 结论与进一步研究内容
6.1 结论
本文采用理论分析、试验研究、数值模拟相结合的方法，针对开封城墙，以毛细水对开封城墙材料力学性能的影响以及与城墙病害之间的内在联系等为目标进行了深入研究，得到毛细水破坏开封城墙的主要方式。取得的主要结论如下：
（1）对于城墙土，毛细水主要通过冻融作用来减小土体的抗剪强度指标。其中土体的内摩擦角受冻融循环作用较小，而粘聚力受冻融循环作用较为明显。在 11 次冻融循环后，土体的抗剪强度降低了 10%左右。
（2）毛细水进入城墙砖后会产生泛碱现象，毛细水中的可溶盐通过结晶压力对砖内部结构造成破坏，降低材料的力学性能。在浸泡 30d 后城墙砖的抗压强度比原先降低了 25.09%。
（3）墙体材料由于毛细水产生劣化后，由于城墙砖-土的相互影响、相互作用，在城墙自重的影响下，会对墙体的整体稳定性造成影响，导致墙体产生裂缝、塌陷、鼓胀等病害。
（4）墙体的应力会随着墙体材料的劣化不断增加，墙底的有效应力最大达到4.14MPa。并且应力逐渐向城墙顶部和底部集中，墙体应力逐渐从受压转为受拉，并在墙体应力变化的位置产生裂缝。
（5）墙体材料产生劣化后，墙体会产生竖向沉降和侧向位移。由于城墙外包砖和内部夯土之间的不均匀沉降会导致城墙砖产生破坏，墙体的侧向位移会导致城墙外包砖产生开裂、塌陷等病害，并引起城墙失稳坍落，造成安全隐患。
参考文献（略）
