砖-土结构劣化及入侵建筑物拆除对榆林卫城稳定性影响

研究古城墙在环境和人为破坏因素下的稳定性对于古城墙保护和修复工程具有重要科学意义。以陕西榆林卫城为研究背景,对其保存现状进行大量调研,对砖墙砌体及夯土材料力学特性进行原位测试和室内试验,再基于数值方法来综合评判砖-土结构劣化及入侵建筑物在拆除过程中古城墙的整体稳定性和受力性态。结果表明:(1)城墙夯土受水分入渗后平均含水率w≥11.5%或顶部剥蚀长度L≥2.5m时,安全系数低于设计值[Fs]=1.3,而外墙砌体劣化对城墙整体稳定性影响不大,表明夯土的强度对城墙整体稳定性起着决定性作用;(2)拆除2层以上、入侵深度超过3.0m的民居或拆除1层的入侵深度超过2.5m的邻近建筑物时,城墙顶部夯土塑性区几乎贯通至城墙顶部;(3)拆除高2.0m宽超过4.0m的贯通城墙的门洞或层高4.0m宽超过2.5m的贯通城墙的民居时,建筑物顶部以上夯土塑性区贯通至城墙顶部,可能会出现坍塌危险,而拆除断面尺寸低于2.0m×2.0m的贯通城墙的建筑物时,对其城墙稳定性影响不大。

古建筑砖-土结构力学性能及裂缝成因分析

古建筑中砖-土结构材料的劣化与古建筑裂缝扩展关系密切。以现役西安明代城墙及钟楼等古建筑为研究对象,对其墙体开裂特征及开裂原因开展了现场调研,并采用室内试验、回弹试验、面波测试和环境激励法对比分析了砖墙砌体及夯土材料的等效力学参数及其合理的取值范围。提出了考虑损伤的砌体力学模型,通过室内试验获取了夯土软化期间力学参数与饱和度的关系,采用数值分析方法对比分析了砖-土结构材料在劣化或软化期间古建筑基座的受力和变形特征。研究结果表明:夯土软化会诱发古建筑基座裂缝由上向下扩展,砌体劣化会导致裂缝由下向上扩展,且夯土软化效应对古建筑的稳定性影响更大;为了加强古建筑基座的稳定性,应采取有效的防、排水措施防止水分入渗,控制基座内夯土的饱和度低于75%,对外墙砌体结构开裂位置采取相应的加固措施,控制现役状态下的砌体损伤因子低于0.6。