CN107748187A - 传统夯筑墙体失水速率测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及传统夯筑工艺夯筑墙体失水速率测试方法，通过将介电式土壤水分传感器设置夯筑埋入土体，在完全与夯筑土体接触的基础上，连续测量其介电常数变化，通过与室内校准对应的介电常数进行比较，或通过取样测试质量含水的结果，修正测试质量含水率，得到夯土体实际含水率。本发明简单实用，对遗址本体扰动小，能够连续性监测土体内部含水率的变化规律，在土建筑遗址失水干缩、毛细水上升、降水入渗、水盐运移研究与保护加固工程中发挥了积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及土遗址保护试验研究及保护加固领域，属于土遗址保护研究的重要方法，尤其在西北干旱及半干旱区土遗址夯筑支顶体失水收缩、遗址本体降雨过程吸水-失水规律对遗址本体的破坏机制，水盐运移等方面的研究具有创新意义。
背景技术
我国西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西境内遗存许多古代土建筑遗址，蜿蜒北部的长城，西北苍茫戈壁上的边关城池、烽燧，新疆的交河、高昌、楼兰、尼雅遗址，可谓上下几千年，纵横万里，遍布中华。这些土建筑遗址历史悠久，有的已列为世界文化遗产，有很高文物保护价值。受建造工艺和材料影响，土建筑遗址本体极其脆弱，在长期自然和人为因素影响下，遗址本体出现表面风化、根部掏蚀、裂隙发育等多种病害。根部掏蚀凹陷是威胁遗址本体长期保存的主要病害之一。近年来，通过对交河故城、长城等土建筑遗址大型保护工程实施，夯筑支顶加固技术已经成功的应用于西北地区大面积根部掏蚀坍塌区遗址本体，并取得了显著效果。对于大体积的夯土建筑，其失水速率受多种因素的影响，土的类型，夯筑密实度，体量大小，阴阳面，气候环境等因素都会使得夯筑体失水的不均一，失水的不均一性使得土体收缩不一致，进而使得夯筑体开裂或者与支顶原遗址接触面顶部形成裂缝。另外，西北干旱区的强降雨是遗址本体直接冲刷破坏的主要自然因素。降雨、降雪后土体进行水盐运移、吸水-失水过程干缩、冻融膨胀冷缩、使得土体收缩率加大。
传统的夯土建筑体量大，土体较为密实，失水速率十分缓慢，失水至天然含水率需要约一年以上的时间，而目前常规的含水率测试方法是取原状样烘干测含水率，这种方法具有一定的局限性，且大体积墙体内部很难取样，取样数据不能够连续反应墙体瞬时含水率以及含水率随时间的变化情况。研究发现，墙体的失水速率与干缩和土体固结程度密切相关，干缩和固结的速率对墙体至关重要，控制干缩和固结速率就是控制失水速率，失水的初始阶段往往是变形的最主要阶段，这个阶段的失水监测对于墙体养护时间有着重要的参考意义，目前仍然没有一种理想的测试夯筑墙体失水速率的方法。
发明内容
为了科学认知遗址本体吸水-失水规律，克服现有在墙体取样测含水率对墙体扰动大，取样困难，不能满足时时测试墙体不同位置含水率变化规律等方面存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种传统夯筑墙体失水速率测试方法。
本发明的目的是采取以下措施来完成：
一种传统夯筑墙体失水速率测试方法，其步骤包括：
（1）校准 校准体积含水率传感器，校准所用土与夯筑遗址土需一致，试样密度及含水率与施工现场控制一致；
（2）埋设 传感器连接引线，将传感器和引线埋设在12-20cm夯筑体的土样中；
（3）按顺序将传感器引线与采集器相连接，采集间隔为5分钟，采集器通过传感器开始采集土体中的体积含水率；
（4）通过采集体积含水率换算为质量含水率，按照ω测=θ/ρ换算为夯土体实际含水率，其中：θ——传感器测得体积含水率，ω为质量含水率，ρ为土体的干密度，
（5）校正质量含水率ω=ω测/K，
其中：ω测——传感器测得体积含水率换算的质量含水率；
ω——传统含水率试验实际测土体质量含水率；
K——介电常数影响；
即K=ω测/ω
通过传统取样分析实测值校正传感器测得的相对值。从而，有效评价土体含水的变化规律；
（6）传感器测得实际质量含水率输出，因为ω测=θ/ρ，即ω=θ/ρK
传感器质量含水率测试换算为夯土体实际含水率。
本发明的优点和产生的有益效果是：
（1）本发明在测量土体含水率状态时，对遗址本体几乎没有任何扰动，传感器在夯筑过程中可以在土遗址的任何部位布设。
（2）本发明利用数采仪对失水速率进行连续采集，通过采集数据可以科学认知大体积夯筑支顶体失水变化规律，也可观测强降雨、降雪过程吸水-失水规律。
（3）操作简单，易安装，适用于干旱与半干旱区土建筑遗址夯筑体失水长期监测。
（4）发明不仅可以检测土体的失水速率，还能够监测外界水对夯筑体的影响，如毛细水上升，降水入渗等。
附图说明
图1为传感器室内校准试样示意图；
图2为传感器间距200mm布设时，介电常数随着墙体含水率的减小变化规律。
具体实施方式
在传统夯筑工艺夯筑墙体失水速率测试过程中，本发明选用5TM介电式土壤水分传感器和EM50采集器采集土体含水率，能够准确的反应夯土体含水情况。
下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明：
一种传统夯筑工艺夯筑墙体失水速率测试方法，其步骤包括：
（1）校准。校准5TM介电式土壤水分传感器1“以下简称传感器”，校准所用土样2与夯筑遗址土需一致，土样密度及含水率与施工现场控制一致。通过传统取样分析实测质量含水率，校正传感器1测取的相对体积含水率，即通过ω=θ/ρK，ω=Kθ/ρ计算实际含水率，一般有两种方法：1）将埋有传感器1的试样放入恒温恒湿箱中，并通过传感器1测试记录被测试块的质量含水率，测试次数不少于15次，求平均值，并与土样试块烘干后测试质量含水率对比，其校正系数比值为K；2）可以直接埋入实测土体，并在被测土体中与埋入传感器相同位置取样测试质量含水率比较，其校正系数比值为K。
（2）埋设。传感器1连接引线，传感器1下面铺少量虚土，防止传感器1悬空或夯筑时发生位移，用手按压固定传感器1，然后在其上铺土，轻压摆放传感器1上面的虚土部位，确保试验墙夯筑铺设虚土时传感器1不会移动。将引线按顺序排列整齐，在引线上轻压少量的试验用土，固定导线，待传感器1和引线都固定后，按试验所需铺12cm厚的土、夯筑。可根据实际需要埋设层内和层间含水率测试传感器1。
（3）夯筑完成后，按顺序将传感器引线与采集器3相连接，采集间隔为5分钟，此时采集器3通过传感器1开始采集土体中的体积含水率数据。
（4）通过采集体积含水率换算为质量含水率，按照ω测=θ/ρ。θ为传感器测得体积含水率，ω为质量含水率，ρ为土体的干密度，换算为夯土体实际含水率。
通过采集体积含水率换算为质量含水率，按照校准参数换算为夯土体实际含水率。即ω=θ/ρK
在墙体夯筑过程中，适当的位置布设传感器1，通过记录土壤介电常数的变化就可以准确计算墙体内部失水的速率。在测试中发现：夯土墙体根部含水率的变化相对较为缓慢，顶部失水较为迅速，中间区域处于两者之间。图2为传感器1间距200mm布设时，测试墙体内部失水的规律，失水等值曲线。其次，不同的遗址土体性质不同，环境的变化，均为影响土壤介电常数的主要因素。可通过传感器1的校准弥补实现不同土质、不同环境土体失水规律的准确测试。
（5）校正质量含水率ω=ω测/K；传感器1与被测土体接触、传感器1的介电常数是影响测试结果的主要原因。一般通过传统取样分析实测值校正传感器测得的相对值。从而，有效评价土体含水的变化规律。
其中：
ω测——传感器测得体积含水率换算的质量含水率；
ω——传统含水率试验实际测土体质量含水率；
K——介电常数影响
即K=ω测/ω。
校正质量含水率ω=ω测/K
（6）传感器测得实际质量含水率输出，因为ω测=θ/ρ，即ω=θ/ρK
传感器质量含水率测试换算为夯土体实际含水率。
表1 传感器质量含水率测试换算表
表1为2016年10月至2016年11月质量含水率换算，也可以看出，随着墙体含水率的降低，介电常数K也随之逐渐减小。
Claims (1)
1.一种传统夯筑工艺夯筑墙体失水速率测试方法，其步骤包括：
a. 校准
校准传感器（1），校准所用土样（2）与夯筑遗址土需一致，土样密度及含水率与施工现场控制一致；
b. 埋设
传感器（1）连接引线，将传感器和引线埋设在12-20cm夯筑体的土样（2）中；
c. 按顺序将传感器引线与采集器（3）相连接，采集间隔为5分钟，采集器（3）通过传感器开始采集土体中的体积含水率数据；
d. 通过采集体积含水率换算为质量含水率，按照ω测=θ/ρ换算为夯土体实际含水率，其中：θ为体积含水率，ω为质量含水率，ρ为土体的干密度，
e. 校正质量含水率ω=ω测/K，其中：θ——传感器测得体积含水率；
ω测——传感器测得体积含水率换算的质量含水率；
ω——传统含水率试验实际测土体质量含水率；
K——介电常数影响；
即K=ω测/ω
通过传统取样分析实测值校正传感器测得的相对值;从而，有效评价土体含水的变化规律；
f. 传感器（1）测得实际质量含水率输出，因为ω测=θ/ρ，即ω=θ/ρK
传感器质量含水率测试换算为夯土体实际含水率。
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