河西走廊明长城遗址阴阳坡掏蚀区差异效应研究

摘要

掏蚀区的形成和发展是干旱区受环境因素控制最为典型和危害最为普遍的土遗址病害之一，对土遗址的整体稳定性以及失稳模式存在至关重要的影响，是对土遗址进行科学研究和有效保护的重要研究内容。因此，通过对甘肃河西走廊沿线各市县12处典型区段明长城掏蚀区形态和掏蚀量的调查统计、掏蚀区含盐量的测试、集中式降雨过程阴阳坡温度和含水量的实时监测、各地多年风速和风向以及赋存环境特征的分析，发现遗址阴阳坡掏蚀区土盐渍劣化与风蚀损耗的发生条件和作用结果存在显著差异，因而提出了明长城遗址阴阳坡掏蚀区差异效应；并结合室内实验条件下脱盐后分别掺入不同含量NaCl和Na2 SO4并经历3、6、9、12次干湿循环养护的遗址土重塑试样进行土体颗粒粒度分析、声波测试及风洞模拟实验，综合分析盐分类型与含量、干湿循环次数、携沙风风速和吹蚀时间对土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应的影响，并证实土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应的存在；最后结合调查分析和实验结果对其形成机理及形成过程进行了初步阐述，以期从整体上对西北地区明长城的保护加固工作提供理论支撑。研究结果表明：（1）将明长城遗址阴阳坡掏蚀区空间形态简化成弓形柱体状、长方体和半弓形柱体状三种立体图形，这为掏蚀病害发育程度进行定量计算提供了参考依据；（2）通过各区段遗址阴阳坡掏蚀区形态、盐分、干湿条件及风场特征的调查、监测与分析表明各影响因子在相同的时空尺度内存在显著差异，这为土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应的形成提供了前提条件，也是必不可少的主要影响因素；（3）在遗址土盐渍风蚀模拟实验过程中，不同含盐类别与含盐量并经历不同期次的干湿循环养护后的试样劣化和损耗的程度不一，含盐量越大、循环次数越多则试样结构劣化和风蚀损耗作用越显著，且Na2 SO4试样的其作用要强于NaCl的试样；（4）通过对土遗址阴阳坡掏蚀区定性调查与分析和定量的实验研究结果证实了干旱区土遗址阴阳坡掏蚀区差异效应的存在，并表明遗址阳坡掏蚀区在形态和体积上要明显大于阴坡掏蚀区，是因为阳坡易溶盐含量、干湿条件和风场特征等因素对遗址掏蚀区土发生盐渍劣化和风蚀损耗效应的影响要显著优于阴坡；（5）试样的纵波波速及不同风速下的风蚀速率与土体颗粒分维进行了相关性分析表明三者之间均存在良好的相关关系，说明土体中含盐量、干湿循环次数的增加影响了颗粒组成，其中粗粉粒含量增加，粘粒含量减小，分维值也相应的减小反映了土体颗粒集中程度改变，颗粒粒度粗化，颗粒间的连结力弱化，土体组成结构发生变化，因而不同试样所表现出的劣化程度各异，其抗风蚀能力也表现出不同的差异；（6）进一步结合遗址阴阳坡掏蚀区盐分、温度和含水量及风场的变化特征与理论分析，揭示了其劣化机理及演化机制。

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第1章 绪 论

1.1 选题依据及研究意义

1.2研究现状

1.3主要研究内容及技术路线

第2章 河西走廊明长城赋存环境特征

2.1 气候特征

2.2 区域地质环境

2.3 水文和水文地质条件

2.4 地震

第3章 明长城遗址阴阳坡掏蚀区差异效应

3.1 形态差异

3.2 盐分差异

3.3 温、湿度变化差异

3.4 风场的差异

第4章 明长城遗址阴阳坡掏蚀区差异效应模拟实验研究

4.1 实验材料和方法

4.2 干湿与盐渍耦合作用下土体颗粒分析

4.2.1 土颗粒分维值的确定方法

4.2.2 遗址土样粒度的分维结果

4.3 室内模拟实验研究

4.4 小结

第5章 明长城遗址阴阳坡掏蚀区差异效应形成机理

5.1 阴阳坡掏蚀区差异效应形成的主要影响因素

5.2 干湿与盐渍耦合作用下遗址土劣化机理

5.3 掏蚀区阴阳坡形成的演化机制

5.4 小结

第6章 结语

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间发表的学术论文