降雨入滲對生土窯居結構性能的影響研究.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，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。
　　由于其獨特的結構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，也降低了土體的強度，進而影響窯洞的穩(wěn)定性。因此開展降雨

2、入滲下生土窯居的結構性能及災害形成機理的研究，既有一定的理論意義，也有巨大的社會經(jīng)濟效益。
　　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”科技支撐計劃項目課題(課題編號:2015BAL03B03)的支持下，對降雨入滲下生土窯居的結構性能及破壞機理進行了分析，主要做了以下工作：
　　（1）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，進行室內降雨模擬試驗，得到了不同降雨量下的入滲深度及不同

3、入滲深度內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，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行彈性模量試驗、三軸剪切試驗，得出不同含水率黃土的彈性模量值、粘聚力及內摩擦角，量化分析了含水率對黃土的物理力學性質的影響規(guī)律及機理，建立了黃土的密度、彈性模量、抗剪強度與含水率的數(shù)學模型，為數(shù)值分析提供了參數(shù)依

4、據(jù)。
　?。?）結合現(xiàn)場調研與試驗結果，選取合適的研究對象、結構尺寸及材料參數(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、應力、應變特征，找到了生土窯洞在不同降雨入滲深度下的結構薄弱部位及災害形成條件。
　?。?）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理，基于普氏理論與生土窯居的自支撐結構特性，求得拱頂?shù)淖匀黄胶夤案叨扔嬎愎脚c臨界坍塌深度計算公式，并結合數(shù)值模擬結果驗證了理論計算的正確性，為分析降雨入滲對生土窯居結構性能的影響機理提供了理論依據(jù)。
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