降雨入滲對生土窯居結(jié)構(gòu)性能的影響研究.pdf

1、生土窯居作為一種古老的建筑形式，是中國黃土高原地區(qū)極具民族特色的民居形式。它取于自然，融于自然，歸于自然，具有施工簡便、冬暖夏涼、節(jié)約能源、生態(tài)環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前在我國黃土高原地區(qū)仍有近千萬人居住在生土窯洞中。
　　由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式以及黃土材料自身的特性等問題，生土窯洞在使用中存在諸多病害，尤其是降雨入滲下塌毀頻繁，嚴(yán)重威脅居民的生命財產(chǎn)安全。降雨入滲增大了土體的密度，也降低了土體的強(qiáng)度，進(jìn)而影響窯洞的穩(wěn)定性。因此開展降雨

2、入滲下生土窯居的結(jié)構(gòu)性能及災(zāi)害形成機(jī)理的研究，既有一定的理論意義，也有巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。
　　為此，本文以豫西地區(qū)的生土窯洞為研究對象，在國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題(課題編號:2015BAL03B03)的支持下，對降雨入滲下生土窯居的結(jié)構(gòu)性能及破壞機(jī)理進(jìn)行了分析，主要做了以下工作：
　?。?）選取豫西地區(qū)黃土，制作重塑黃土土柱以模擬天然含水率狀態(tài)下的黃土土層，進(jìn)行室內(nèi)降雨模擬試驗(yàn)，得到了不同降雨量下的入滲深度及不同

3、入滲深度內(nèi)土體的含水率分布情況，建立了降雨量與入滲深度及入滲土層含水率的數(shù)學(xué)模型，量化分析了降雨在黃土中的入滲規(guī)律。
　?。?）通過對原狀土樣的掩埋增濕試驗(yàn)，確定了不同含水率黃土的密度，并對10種含水率的重塑黃土試樣分別進(jìn)行彈性模量試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)，得出不同含水率黃土的彈性模量值、粘聚力及內(nèi)摩擦角，量化分析了含水率對黃土的物理力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律及機(jī)理，建立了黃土的密度、彈性模量、抗剪強(qiáng)度與含水率的數(shù)學(xué)模型，為數(shù)值分析提供了參數(shù)依

4、據(jù)。
　?。?）結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研與試驗(yàn)結(jié)果，選取合適的研究對象、結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)，利用數(shù)值分析的方法建立覆土厚度為3m的生土地坑窯有限元模型，對比分析了降雨入滲深度為1m、2m、3m時生土窯洞的位移、應(yīng)力、應(yīng)變特征，找到了生土窯洞在不同降雨入滲深度下的結(jié)構(gòu)薄弱部位及災(zāi)害形成條件。
　?。?）為分析覆土厚度對降雨入滲下窯洞穩(wěn)定性的的影響，建立覆土厚度為2~5m的生土窯洞模型，分析了在豫西地區(qū)近20年最大降雨量完全入滲時生土窯洞的

5、位移、應(yīng)變特征，得到了降雨入滲下覆土厚度對窯洞穩(wěn)定性的影響規(guī)律及此降雨入滲深度下的最優(yōu)覆土厚度，驗(yàn)證了豫西地區(qū)生土地坑窯居覆土厚度主要為3~4m的科學(xué)合理性。
　?。?）在不考慮降雨入滲的情況下分析了生土窯居的受力機(jī)理，基于普氏理論與生土窯居的自支撐結(jié)構(gòu)特性，求得拱頂?shù)淖匀黄胶夤案叨扔?jì)算公式與臨界坍塌深度計(jì)算公式，并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性，為分析降雨入滲對生土窯居結(jié)構(gòu)性能的影響機(jī)理提供了理論依據(jù)。
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