1、书书书Journal of Engineering Geology工程地质学报10049665/2022/30(6)-1986-12崔凯，陈思雨，安欣悦，等 2022 西北地区典型夯土遗址温度时空变化规律研究J 工程地质学报，30(6):19861997 doi:1013544/jcnkijeg20210338Cui Kai，Chen Siyu，An Xinyue，et al 2022 Temporal and spatial variation of temperature of typical rammed earth sites in Northwest ChinaJ Journalof
2、 Engineering Geology，30(6):19861997 doi:1013544/jcnkijeg20210338西北地区典型夯土遗址温度时空变化规律研究*崔凯陈思雨安欣悦王冠众(兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室，兰州 730050，中国)(兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室，兰州 730000，中国)(西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，兰州 730050，中国)摘要温度是露天保存的夯土遗址由病害发育到整体消亡长期过程中的重要影响因素，遗址体内部温度的时空分布以及对环境气温的响应规律则更对其劣化形式与进程具有关键性的控制作用。研究对 3 处位于西北不同气
3、候分区的典型夯土遗址的四季环境温度及其断面内部温度的日际变化进行实时监测与分析。结果表明遗址断面内部各监测点温度均随环境温度的变化而变化，其环境温度及断面内部监测点日际温度随时间的变化均可分为两个降温阶段和一个升温阶段，夏季与其余季节各温度变化阶段时长存在一定差异;更为重要的是在任何季节的每个温度变化阶段断面的温度变化范围及环境响应速率均具有纵向变化显著于横向变化的规律，而且春季的第 2 降温阶段的温度变化范围以及响应速率最为显著。关键词夯土遗址;温度;时空变化规律;响应程度中图分类号:TU413文献标识码:Adoi:1013544/jcnkijeg20210338*收稿日期:20210615
4、;修回日期:20211220基金项目:国家自然科学基金项目(资助号:52068050，41562015，42202313)，陕西省两链融合重点专项 文化遗产保护利用重大专项(资助号:2022LLZD01)This research is supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos 52068050，41562015，42202313)and the Key Projectsof Two Chain Integration of Shaanxi Province of China(Protecti
5、on and Utilization of Cultural Heritage)(Grant No 2022LLZD01)第一(通讯)作者简介:崔凯(1980)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事西北地区岩土劣化等方面的教学和科研工作 E-mail:cuik09luteducnTEMPOAL AND SPATIAL VAIATION OF TEMPEATUE OF TYPICALAMMED EATH SITES IN NOTHWEST CHINACUI KaiCHEN SiyuAN XinyueWANG Guanzhong(Key Laboratory of Disaster Prevent
6、ion and Mitigation in Civil Engineering of Gansu Province，Lanzhou University ofTechnology，Lanzhou 730050，China)(Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China(Lanzhou University)，Ministry of Education，Lanzhou 730000，China)(Western Center for Disaster Mitigation in Civil Eng
7、ineering of Ministry of Education of China，Lanzhou 730050，China)AbstractTemperature is an important influencing factor in the long-term process of rammed earth sites preservedin the open air from disease development to overall extinction This study was based on real-time monitoring andanalysis of th
8、e ambient temperature in four seasons and the diurnal variation of temperature inside sections of threetypical rammed earth sites located in different climate zones in northwest China The results show that thetemperature of each monitoring point in the site section changes with the change of the amb
9、ient temperature，andthe diurnal temperature of the monitoring point in the site section can be divided into two cooling stages and onewarming stage There are certain differences between the duration of the temperature change stages in summer andother seasons More importantly，the temperature variatio
10、n range and environmental response rate of the section ineach temperature change stage in any season have the rule that the longitudinal change is significantly greater thanthe transverse change，and the temperature variation range and response rate in the second cooling stage in springare the most s
11、ignificantKey wordsammed earth sites;Temperature;The law of temporal and spatial changes;esponse of intensity0引言夯土版筑作为一种取材、制取简便和历史久远的建造技艺被广泛地应用于生土建筑领域(崔凯等，2012)。我国西北地区由于气候干燥、地表全新世土状沉积物分布广泛，大量夯土建筑遗址得以留表 1监测点具体信息Table 1Specific information of monitoring points遗址名称经纬度残高/m高程/m干旱指数气候类型年均降水量/mm降水日数/mm日最大降
12、水量/mm山丹夯土遗址N38395205，E1011513572618930186干旱1996684432永靖夯土遗址N36045089，E1031702990816200317半干旱273777436湟中夯土遗址N36253885，E1013525062327760526半湿润5407124356存至今。季节和昼夜温度变化显著是该地区显著的气候特征，露天保存的夯土遗址在长期遭受气温变化作用正在经历着由病害发育到整体消亡的缓慢过程。相关研究表明剧烈的温度变化与夯土体热胀冷缩、热应力集中以及盐分的运移与相变均有密切的关系，是加剧夯土遗址劣化的重要因素(Jia，2012;Shao et al，20
13、13;陈毅，2018;Cui，2019;李仁杰等，2019;曲瑾等，2020)。遗址内部不同位置土体温度的时空分布以及对环境变化的响应程度与规律对遗址的劣化形式与进程具有关键性的控制作用。温度变化对夯土遗址带来多种不利影响，对其长期保存产生了极大威胁，因此而引起了广大学者的诸多关注。赵海英等(2003)、Hall et al(2005)、唐朝生等(2011)、豆静杰等(2015)认为温度会促进蒸发作用产生，从而加速墙体的劣化。梁涛(2009)研究指出吐鲁番高温、强蒸发的气候条件加快了盐向墙体表面的运移速率。张虎元等(2009，2018)发现在结皮的发育过程中，温度起了极为重要的作用，并通过实验
14、对结皮的形成过程进行模拟，发现结皮形成后，温度会促使结皮与母墙存在热流量差，热流量积累导致结皮层与母墙之间的土体发生热胀现象进而加剧土体表层劣化。谢振斌等(2005)认为温湿度变化是水井坊遗址酒窖产生开裂、酥粉现象的主要因素。秦爱芳等(2019)、张斌等(2020)通过试验发现温度对土体固结能力具有显著影响，而夯土遗址体强度与土体固结能力息息相关。虽然众多学者对温度作用下土体性质变化已经有了较为广泛和深入的研究，然而夯土遗址是具有显著地域、时代和工艺属性的一定体量生土建筑，其内部不同位置土体温度的时空分布、对环境响应程度与规律极为复杂，但相应的针对性的研究尚未展开。基于以上认识，研究选择位于西
15、北地区不同气候区 3 处明长城遗址作为同一区域、时代和工艺条件下相似体量夯土遗址的典型研究样本，通过年度4 个季节现场夯土遗址内部温度及环境温度逐时联合观测与分析，试图揭示了不同气候条件下典型夯土遗址内部温度的时空变化以及其对环境温度变化的响应规律，为研究温度对夯土遗址劣化的影响以及热劣化的防治提供基础依据。1监测对象与方案1.1监测对象的选取为了揭示西北地区不同气候区夯土遗址内部温度时空变化规律，典型遗址点的选取要对气候环境与建筑形制具有广泛代表性。因此，现场的监测工作选择在西北地区分布最广、规模最大和类型最丰富的线性夯土遗址明长城遗址上开展，根据该地区近 30 a(19812012 年)的
16、气象资料(气象局收集)的分析和遗址代表性的选择结果(表 1)，选择甘肃省山丹县明长城丰城堡镇城堡为干旱区遗址代表、789130(6)崔凯等:西北地区典型夯土遗址温度时空变化规律研究甘肃省永靖县盐锅峡镇明长城烽燧为半干旱区遗址代表、青海省湟中县上新庄镇明长城墙体为半湿润区遗址代表。(下文将上述 3 处遗址分别简称为山丹夯土遗址、永靖夯土遗址和湟中夯土遗址)表 23 处夯土遗址四季监测时间Table 2Monitoring time of 3 rammed earth sites in four seasons遗址名称春季监测时间夏季监测时间秋季监测时间冬季监测时间山丹夯土遗址2018 年 3 月 19 日2017 年 7 月 31 日2017 年 9 月 28 日2018 年 1 月 11 日永靖夯土遗址2018 年 3 月 28 日2017 年 7 月 24 日2017 年 9 月 20 日2018 年 1 月 17 日湟中夯土遗址2018 年 3 月 22 日2017 年 7 月 19 日2017 年 9 月 28 日2017 年 1 月 21 日1.2监测方法与过程3 处典型遗址点
