微观尺度下州桥遗址土干缩劣化机理分析

摘要

土遗址作为一种特殊的研究对象，探明土样结构的干缩裂隙的演化规律，对合理保护土遗址具有重要意义。为研究州桥遗址土的干缩变形特性，开展了室内干缩试验；为能更深入地揭示土样干缩开裂与表面张力变化的内在机制，引入了表面张力梯度参数；基于SEM图片，在ABAQUS软件中建立州桥遗址土的微观模型并进行了裂隙演化模拟。结果表明：土样裂隙演化过程可归纳为拉应力场、单根主裂隙、二级水平、三级竖向裂隙、裂隙网络的形成，拉应力场与单根主裂隙持续时间长，而二级水平、三级竖向裂隙持续时间短；裂隙类型产生的机制归纳为局部剪切、局部拉伸及局部混合拉伸–剪切3种形式，随着裂纹的发展，逐渐由拉伸作用力向混合拉伸–剪切作用力发展，主裂缝垂直于受力面向外延伸开裂；因水分子迁移路径长度不同，上层土样较更深处的土样更易产生较大的收缩变形，并引起竖向裂隙的发展，随着水分迁移路径趋于稳定，水平裂隙成为土样裂隙发展的主要因素；分析裂隙率玫瑰图发现，上半部分的土样裂隙率普遍比下半部分低，并且裂隙多集中于90°与270°方向上，表明微毛细孔隙及土样内部收缩过大是产生裂隙的原因；归一化结果表明，该模型能较好地反映州桥遗址土微观损伤的产生和演化发展情况。研究结果对州桥遗址土裂隙修复与保护具有参考意义。

关键词

土遗址 / 微观模型 / 干缩劣化 / 玫瑰图