石质文物表观裂隙的热红外响应研究

裂隙病害在石质文物中普遍存在,带给石质文物的保存很大挑战,开展裂隙病害的深入研究对文物保护具有重要意义。本工作通过红外热成像技术,开展了石质文物裂隙检测的室内模型试验及现场试验研究,以裂隙开口宽度为主要变量,研究裂隙对于岩体温度场的影响。结果表明:主动热激励方法在裂隙检测应用上效果显著;裂隙中空气的热惯性较大,使得裂隙处温度变化相对滞后;文中引入降温指数对试样温度变化速率进行定量评价,且与裂隙面积占比呈良好的负相关,并与现场实验结果相验证。研究成果初步达到了对于石质文物表观裂隙定量化检测的目的。

经PS材料加固后遗址土体热传导性能的试验研究

PS材料对西北干旱区土遗址具有良好的加固效果,能够大大提高遗址土体的力学强度和抗风蚀能力。为了探讨PS材料对土遗址土体热传导性能的影响作用,研制可测定土遗址土体热传导率的装置,使用新疆交河故城遗址现场的扰动土制做成土样,进行PS材料加固土样的热传导率测定试验及室内模型试验。结果表明,经PS材料加固后的土遗址土体具有热传导率减小的趋势,并且PS材料浓度越大,加固土体的热传导率越小。室内模型试验发现,当外界温度变化时,PS材料加固土体对温度变化的反应比未加固土体缓慢。这表明经PS材料加固后的土体,由于热传导率的降低,阻碍土体的热传导过程,具有能减缓温差所引起的物理风化作用,对研究西北干旱区土遗址的加固保护具有重要的意义。

饱和黄土稳态强度特性的试验研究

饱和黄土的稳态强度(残余强度)是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好地了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对重塑黄土的固结不排水三轴试验,研究了饱和黄土的稳态强度特性。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性:稳态特性和准稳态特性,且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性。根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,用来分析黄土边坡的流滑机理。同时证明了饱和黄土稳态线的存在性和惟一性;探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和黏聚力的物理含义;比较了饱和黄土与砂土稳态特性的差异。

PS加固土遗址土体的红外热像检测试验研究

红外热像技术作为一门新兴的无损检测技术,是基于被测对象温度场的变化规律而进行的,目前广泛应用于检测物体表面的结构状态、性质和内部缺陷等。为了探讨土遗址加固土体的无损检测方法,以新疆交河故城遗址现场采取的扰动土制作了模型。模型的1/2用浓度为10%PS(PS为一种高模数的硅酸钾溶液)加固,1/2不加固,将加固后的模型室温静置30 d,自然风干后进行了红外热像室内模型试验。试验表明,PS阻碍了土体的热传导过程,加固前后的土遗址土体在红外热像上会出现差异,为进行土遗址加固效果的无损检测提供了一种途径。最后进行了PS加固遗址土体的热传导率测定试验和微型贯入仪现场试验,结果表明加固土体与未加固土体的热传导性能产生差异的原因与经PS加固减小了土体的热传导率、提高了土体的力学强度有关。

红外热像技术在莫高窟第98窟壁画空鼓灌浆检测中的初步应用

当壁画支撑体与地仗层间存在空鼓时,空鼓的部位和没有空鼓的部位的热传导率就有一定的差异,对升温、降温过程的反应存在着差别,利用红外热像仪捕捉墙体表面温度的变化状况,可以分析空鼓的大小、位置等情况。进行灌浆时,如果注入浆液与墙体温度有所不同,就会迅速影响墙体表面温度的变化,根据墙体表面温度变化,可直观准确判断灌入浆液的流向。经现场试验研究,红外热像技术可迅速直观地检测壁画空鼓状况,并能有效控制空鼓灌浆过程,是一种较好的可用于壁画空鼓监测及灌浆过程监控的无损检测方法。

砂土中隧道施工引起近接隧道位移的试验研究

新建隧道施工对近接隧道的影响,一直是隧道设计和施工中必须考虑的问题,但现阶段对此还没有一致的认识。为了进一步研究新建隧道施工对近接隧道影响机理,设计了能够模拟隧道分步开挖的室内模型试验装置,并用该试验装置进行了砂土地层中新建隧道施工引起近接水平平行隧道位移的试验研究。试验重点研究了两平行隧道间净距、埋深对既有隧道位移的影响。通过对试验结果分析,得到了既有隧道拱顶和靠近新建隧道一侧拱腰部位的位移发展规律。试验结果分析表明,新建隧道开挖会对既有平行隧道结构产生侧向挤压效应,隧道埋深和净距对既有隧道的位移都有影响,但隧道间净距变化对位移量的影响更大。当隧道间净距大于2倍隧道直径时,新建隧道开挖对既有水平平行隧道位移的影响非常小。研究成果可为砂土地层中近距离平行隧道设计和施工提供参考。

检测盾构施工中注浆效果的模型试验

盾构施工注浆效果好坏关系到其对周围及上方建(构)筑物的破坏程度,但现在对于注浆效果的检测还是停留在纯粹对于泥浆本身的物理性质、化学性质及力学性质的检测上,并没有综合考虑施工工况。如果进行现场检验则成本较大,一般不能实施。文章介绍了一种模型试验的方法可以直观地检测不同泥浆、不同注浆压力、不同注浆量引起的地表沉降的程度,以及泥浆对塌孔的控制状况,进而能有效地指导施工。

黄土滑坡流滑机理的试验研究

饱和黄土的稳态强度(残余强度)是黄土边坡是否发生流滑的关键因素,为了评价饱和黄土的残余强度就需要很好的了解饱和黄土的不排水剪切性能。通过对饱和黄土的固结不排水三轴试验研究了饱和黄土的稳态强度理论。试验研究发现饱和黄土有两种典型的不排水剪切特性:稳态特性、准稳态特性。且大多数情况下饱和黄土总表现为稳态特性,只有疏松的黄土表现出准稳态特性;根据试验结果得出了黄土的稳态线与稳态强度线,可以用来分析黄土边坡的流滑机理。探讨了描述黄土稳态性质的参数内摩擦角和粘聚力的物理含义;比较了由地震引发的滑坡与灌溉诱发的滑坡流滑机理的差异,对于地震引起的黄土滑坡土体残余(稳态)强度起决定性作用,而对于灌溉引起的黄土滑坡土体的峰值强度才是关键因素。

利用红外热像技术探测土石坝集中渗漏的研究

为了探究利用红外热像技术探测土石坝集中渗漏隐患的可行性,在实验室内制作均质土石坝集中渗漏模型。采用热红外灯作为热激励模拟太阳光照,利用M7500型红外热像仪测量模型表面的温度场。实验结果显示,在热激励下,模型表面温度升高;但是土石坝模型表面集中渗漏区域的温度比正常区域要低。实验中采用了不同的水头,随着水头的提高,温度场的异常变得更明显。利用Geostudio有限元软件进行土石坝集中渗漏的渗流场温度场耦合分析。数值模拟的结果显示,集中渗漏区的坡面温度比正常区域要低,水头提高时,这种温度场的异常也更明显。数值分析结果显示,渗漏区的流速比正常区域要大,这可能是温度场出现异常的原因,红外热像技术通过检测表面温度场的异常来探测土石坝集中渗漏隐患具有可行性。

利用红外热像测定土遗址导热系数的方法研究

土遗址土体加固效果的无损测试技术是目前土遗址保护加固之中急需解决的一个重要问题。为此探讨利用红外热像技术进行土遗址加固保护的无损测试,设计了相应的试验装置,并利用新疆交河故城遗址现场取得扰动土制成不同物理条件下的模型进行导热系数测定试验。分析土样表面温度随时间的变化规律,并根据非稳态导热理论反算出土样的导热系数。为了验证红外热像这种非接触无损测定土体导热系数方法的可靠性,在同样的土样上利用热特性分析仪(KD2 Pro)直接测量了土样的导热系数,两者结果差值甚小,证明了红外热像技术测定土体导热系数的可行性。还研究了干密度、含水率对遗址土体导热系数的影响作用。结果表明,在含水率一定情况下,遗址土体导热系数随干密度的增加而增大;在干密度一定情况下,遗址土体导热系数随含水率的增大而增大。研究结果可为土遗址土体加固效果评价作参考。

考虑槽壁及坑底联合加固的上海地铁车站基坑变形特性分析

以上海轨道交通14号线嘉怡路站的基坑工程为例,采用有限元法对其开挖过程进行了数值模拟,并结合现场监测数据对比分析,研究了地连墙槽壁及坑底土体联合加固对基坑变形特性的影响。结果表明:采用TRD工法墙和三轴搅拌桩进行的槽壁及坑底联合加固对基坑周围的地表沉降、坑底隆起和地连墙的侧向变形起到了很好的控制作用,研究结果为上海地铁车站基坑工程的设计和施工提供了参考。

基于三维激光扫描的BIM逆向建模技术研究热点和趋势分析

BIM技术以其三维可视化程度高、信息整合能力强等优势,广泛地应用于建筑全生命周期中。三维激光扫描技术生成的点云数据拥有精度高和非接触式等特点,大量应用于智慧城市、文物保护、基础测绘等领域。基于三维激光扫描的BIM逆向建模技术是BIM技术的较新应用方向。为客观地反映目前三维激光逆向建模技术研究成果,本文利用CiteSpace软件对2011-2020年间收录在Web of Science核心合集中的166篇相关文献进行可视化分析。结果表明:自三维激光逆向建模技术问世后,学者们主要围绕着“模型重建”、“点云分割”、“机器学习”等热点展开研究;该领域的研究文献发表数量逐年增加,但关键作者和机构分布较为松散,凝聚力不够;发文最多的机构分别是Heriot-Watt University和Poltecn Milan,发文最多的作者是Bosche F等,发文量最多的国家是美国和西班牙,中国位居第三。目前,该领域的研究重点已经从ICP算法、Delaunay三角化法等点云数据的编辑处理,转到项目管理的具体应用场景中。同时,通过机器学习算法自动识别构件和管理信息,也成为该领域的研究热点。BIM平台的互操作问题依然突出,需要全世界的学者共同研究解决。

基于Geomagic Studio的石窟寺三维数字化重建

通过信息技术建立石窟寺三维数字模型可以为修复和保护石窟寺提供数据支持。常规的三维建模技术用于重建结构简单的建筑物尚可,但对结构复杂的石窟寺往往效果不佳。为解决这一工程难题,文章提出一种基于Geomagic Studio的石窟寺三维数字化重建技术,即先在Geomagic Studio中对点云数据进行预处理,创建NURBS曲面,然后经由Rhinoceros软件转换格式,最后在Revit中为石窟寺模型添加属性信息。此方法首先实现了直接基于点云数据生成带有构件各相关信息的BIM模型,建模的精度和效率大大提高。其次,将带有裂隙面积的红外二维热成像图与三维点云模型进行融合,可更加直观准确地指导施工修缮。文章以石窟寺某洞窟为例,说明该技术的可行性和有效性。

塑料排水板工法中的粘土固结系数的评价方法

塑料板排水工法广泛应用于软地基处理的工程中,在这种工法中如何评价粘土的固结系数,关系到最终沉降量的预测、工程费用的计算等重要问题.本研究用现场试验的方法,在吹填软粘土中打设了3种不同间距的塑料排水板,对分层沉降量进行了监测,并相应地用差分法对沉降量进行了数值预测.探讨了塑料排水板的间距对粘土固结系数的影响效果.

经PS加固前后遗址土体的热传导率与强度关系研究

为了探索利用红外热像检测技术(通过热传导率的差异)对PS加固效果的评价方法,利用新疆交河故城遗址现场的扰动土制成土样,并经过不同浓度的PS加固,测定其力学强度和热传导率。实验结果显示,经PS加固后的土样,其力学强度增大且热传导率降低。在相同PS用量条件下,土样力学强度随PS浓度增加而增大;热传导率随PS浓度增加而减小。通过对实验数据回归分析,热传导率与强度具有良好的线性负相关关系。最后还探讨了PS作用下,土体热传导率的变化机制,从土体的微观结构角度阐述热传导率与强度之间的相关性。研究结果表明热传导率可用于评价PS的加固效果,这为研究PS加固效果的无损检测提供了一条途径。

石窟寺表面泛盐病害热学响应的离散元模拟

石窟寺长期遭受自然与人为因素破坏,往往会出现多种类型病害。其中,盐害是一种破坏性较大的病害,在表面泛盐阶段对其开展病害程度的量化评估对石窟寺保护利用工作具有重要意义。以甘肃省庆阳市北石窟寺为研究对象,使用PFC 2D软件建立表面泛盐病害模型。采用主动式热红外检测技术并施加外部热源,获取不同泛盐厚度处的升温曲线。结果表明,在相同热激励条件下砂岩表面的温度低于泛盐表面的温度,且泛盐越厚其表面温度越高。归一化后的温度−时间曲线可以使用幂函数拟合,且幂函数指数与泛盐厚度呈现明显的负相关线性关系;可以将其作为升温指数,实现泛盐病害程度的定量化评估。

基于三维激光扫描的石窟寺病害可视化研究

以石窟寺为典型代表的石质文物在我国文化遗产中占有非常重要的位置,由于这类文物的保护不仅与文物本身有关,而且与其赋存岩体、周边环境等均有着密切的关系,所以成为文物保护中问题最为复杂的一种类型.近十几年来,激光扫描、卫星遥感等新技术都出现在石窟寺保护加固工程中,为其数据采集的数字化和信息化发展提供了技术保障.三维激光扫描技术作为一种高精度立体扫描技术,是实现石窟寺数字化保护利用的有效手段.本研究通过使用三维激光扫描技术,以庆阳北石窟寺32号窟作为研究对象,采集其点云数据后,通过建模和使用点云和模型扫描软件ReCap对点云数据进行合理的运用,利用点云数据将石窟寺病害定量化,并将石窟内的病害进行标记和添加信息,探索石窟寺病害信息可视化管理的方法.