砖‑土古建筑基座病害监测系统及实施方法与流程

本发明属于建筑结构工程技术领域，涉及砖-土古建筑基座病害监测系统，本发明还涉及上述监测系统的实施方法。

背景技术：

近年来，随着申遗的快速发展，古遗址、文物保护和修复已成为研究的热点。iccrom、whc、icomos及其他诸多研究机构及广大学者，都在致力于研究探索古建筑的保护与修复工作。然而，对于具有上百年历史的古遗址、古建筑病害及损毁的报道仍然屡见不鲜。大量现场调研、无损探测、模型试验、数值分析等研究成果表明：多数历史悠久的夯土遗址、砖-土结构古建筑正面临着酥碱、生物入侵、风化、剥蚀、水毁、空洞、开裂甚至坍塌等病害，造成这种病害的原因主要是：长期降雨入渗至夯土遗址或古建筑夯土内，而夯土的渗透性又极低，渗入夯土内部的水分难以在短期内排出，久而久之造成内部饱和度逐渐上升，进而诱发地基湿陷软化，产生不均匀变形；连续降雨入渗导致土体内部的细微粘性颗粒和可溶性盐分流失形成渗流通道，从而诱发夯土地基承载能力逐渐降低。由此可见，水害是造成古建筑结构病害的终极原因。因此，针对古建筑基座的水害规模、时空分布规律及形成机制进行系统监测分析，对后期古建筑基座的防渗处理和修复具有重要的科学参考意义。

然而，目前对于古建筑水害的研究存在以下问题：

(1)文物保护法及相关条例规定任何研究性工作均不得损伤文物本体结构，这使得其病害及其孕灾机理的研究存在一定的困难，因此，针对土遗址在干湿、冻融循环、风蚀、盐渍化等条件下的病害研究，多局限于室内物理-化学试验和材料劣化的力学试验，而缺乏原位监测系统的试验规程；

(2)古建筑损伤的无损探测常用方法有：gpr地质雷达、ir红外探测、tdr电阻率方法、中子仪和核磁共振方法、环境振动原位测试法、弹性波探测法等，通过上述原位测试手段可以从不同理论层面上来研究砌体结构损伤特征及水分场分布特征，但将上述多种监测手段的综合应用于工程实际较少；

(3)单纯的无损探测方法可以定性的获取古建筑基座内部结构的宏观损伤特征和水分场空间分布规律，但难以描述基座内部水分场在外界水环境作用下的水分迁移规律和长效机制；

(4)古建筑结构的病害主要是水害和结构病害，除了偶然情况(地震、洪灾、战火及其他偶然不可抗力因素)外，结构病害多由水害引起，但对于砖-土结构基座的水害与结构病害关系的探索也较少；

(5)除了古建筑基座等特殊结构的水害监测之外，大量濒临消失的古遗址、古文物等水害的诱发机制、演化规律研究和现场监测等也较缺乏系统的理论分析方法和监测系统的综合利用等问题。

为了深入了解上述古建筑结构所面临的病害及形成机制问题，非常有必要研发一种能实现对古建筑基座的水害和结构病害进行监测的系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供砖-土古建筑基座病害监测系统，能对古建筑基座的水害和结构病害进行监测。

本发明的另一个目的是提供砖-土古建筑基座病害监测系统的实施方法。

本发明所采用的技术方案是，砖-土古建筑基座病害监测系统及实施方法，包括地质雷达监测装置、面波监测装置、体积含水率监测装置、地下水位监测装置、电阻率监测装置和土壤吸力监测装置；

地质雷达监测装置用于监测不同体积含水率θw下夯土的介电常数ζr值，用于获取深层水分场的反演分析；

面波监测装置用于监测岩土介质的面波波速随深度的分布规律，并能利用面波波速与剪切波速及动弹模量关系来反算出结构的弹性力学参数，直接用于宏观判断岩土介质的损伤状态；

体积含水率监测装置采用时域反射技术，用于监测土壤的体积含水率θw；

地下水位监测装置用于描述地下水位变化规律，用于间接判断地下水对研究对象的影响程度；

电阻率监测装置采用土壤电阻率测试仪，用于监测土壤的电阻率，间接反映土体内部孔隙液含量和迁移规律；

土壤吸力监测装置用于监测土体内部干湿状态，间接反映土体内部水分含量和土的基质势，判断水分的来源及走向。

本发明的另一技术方案是，砖-土古建筑基座病害监测系统的实施方法，具体包括以下步骤：

步骤一、对古建筑基座的空间尺寸进行初步测量，根据古建筑基座病害分布的实际外观情况，选取病害位置作为监测点布设位置；

步骤二、选取古建筑基座上易受到外界环境影响的位置布设监测点，待监测完成后对所有产生微损伤的监测点进行原样修复；

步骤三、针对古建筑基座地基中夯土进行现场取样，确定夯土体的土水特征曲线、电阻率及介电常数与体积含水率之间的函数关系；

步骤四、在古建筑基座上进行微型钻孔，在微型钻孔内布设体积含水率监测装置的探头和土壤吸力监测装置的探头；在古建筑门洞内部夯土中布设电阻率监测装置的探头；在古建筑基座外侧天然地基内布设地下水位测试装置；

步骤五、在古建筑基座顶部内、外侧分别布设地质雷达监测装置测线，位于内侧的地质雷达监测装置测线用于探测基座中心部位夯土层水分场竖向分布，位于外侧的地质雷达监测装置测线用于探测靠近外墙部位的夯土层的水分场竖向分布；

在古建筑基座的外墙上沿距离基座底部向上不同高程上布设地质雷达监测装置测线，用于监测古建筑基座内夯土层的水分场水平方向和竖直方向的水分场在空间上分布的差异性；

步骤六、在与步骤五中所述地质雷达监测装置测线一致的方向上布设面波监测装置监测点，在门洞左右两侧分别布设面波监测装置监测点，门洞正上方布设面波监测装置监测点，古建筑基座顶部内侧的面波监测装置测线用于监测古建筑基座内部夯土在深度方向上的劣化特性，古建筑基座顶部外侧面波监测装置测线用于了解砌体结构外墙在高度方向上的损伤特性；

步骤七、根据步骤四中体积含水率监测装置、电阻率监测装置的监测结果及其在步骤三中获取的函数关系，分析古建筑基座内部水分场随时间的演化规律；

步骤八、根据步骤五～步骤七中地质雷达监测装置、体积含水率监测装置和电阻率监测装置的长期监测结果，以及步骤三所得的结果，分析水分场空间分布规律；

根据步骤六面波监测装置所得到的监测结果，分析基座结构病害的宏观特征；

步骤九、根据步骤七和步骤八的分析结果，对古建筑基座水害与结构病害相互关系进行分析，完成了砖-土古建筑基座病害监测。

本发明另一技术方案的特点还在于：

在步骤一中：病害位置包括古建筑基座上泛碱、风化剥蚀、掉渣、脱皮、渗漏水或裂缝部位。

步骤三中的函数关系采用如下步骤获取：

第一步、以fredlund-xing提出的经典公式来描述夯土的土水特征曲线：

式(1)中：θw为体积含水率(％)，θs为饱和体积含水率(％)，ψ为基质吸力(kpa)，a是与进气值有关的参数(kpa)，b是当基质吸力大于进气值后与土体脱水速率有关的参数；

第二步、夯土的电阻率ρ与体积含水率θw函数关系采用archie模型来描述：

式(2)中参数a0、b0与夯土的干密度有关；

第三步、基于地质雷达监测装置实测不同体积含水率θw下夯土的介电常数ζr值，采用多项式拟合方法，得到类似于topp公式的θw-ζr拟合关系：

θw＝aε³r+bε²r+cεr+d(3)；

式(3)中，参数a、b、c、d为根据体积含水率监测装置和地质雷达监测装置大量实测得到的拟合参数。

在步骤四中：微型钻孔的孔径不大于30mm。

本发明的有益效果是，通过设置地质雷达监测装置、面波监测装置、体积含水率监测装置、地下水位监测装置、电阻率监测装置和土壤吸力监测装置，基于水分场-电磁场-声波场等多场耦合的原位监测分析系统实施方法，可以全面动态掌握古建筑基座内部水环境的演化过程，然后基于电磁波-声波-电场等理论体系与岩土介质的水分场关系，能实现深入探索古建筑基座内部水环境的时空分布规律，为古建筑基座的病害调查、预测和修复提供一套科学的系统监测及理论分析方法。

附图说明

图1是本发明砖-土古建筑基座病害监测系统实施于建筑物内的示意图；

图2是本发明砖-土古建筑基座病害监测系统的主视图；

图3是图1中的ⅰ-ⅰ剖面示意图；

图4是本发明砖-土古建筑基座病害监测系统的俯视图；

图5是本发明砖-土古建筑基座病害监测系统实施方法的流程图；

图6是实施例中得到的体积含水率θw-基质吸力ψ关系曲线图；

图7是实施例中得到的体积含水率θw-电阻率ρ关系曲线图；

图8是实施例中得到的介电常数-含水率关系反演修正topp公式，介电常数与实测体积含水率关系；

图9是实施例中得到的基座外墙内夯土层含水率变化趋势；

图10是实施例中得到的劵门内部地基土层含水率变化趋势；

图11是实施例中得到的基座海墁以下北侧内线平均弹性模量随深度分布图；

图12是实施例中得到的基座海墁以下北侧外线平均弹性模量随深度分布图；

图13是实施例中得到的劵门拱肩部位电阻率变化趋势；

图14是实施例中得到的劵门拱肩部位体积含水率变化趋势；

图15是实施例中得到的劵门墙脚部位电阻率变化趋势；

图16是实施例中得到的劵门墙脚部位体积含水率变化趋势；

图17是实施例中劵门内夯土电阻率监测点布设；

图18是实施例中南侧海墁以下不同深度处夯土含水率空间分布；

图19是实施例中不同损伤因子d下损伤砌体应力-应变关系曲线；

图20是实施例中弹性模量与饱和度关系曲线；

图21是实施例中抗剪强度指标与饱和度关系曲线；

图22是实施例中分析断面的水害作用对结构影响的局部倾斜分析；

图23是实施例中分析断面的水害作用对结构影响的拉应力状态分析。

图中，1.地质雷达监测装置，2.面波监测装置，3.体积含水率监测装置，4.地下水位监测装置，5.电阻率监测装置，6.土壤吸力监测装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明砖-土古建筑基座病害监测系统，如图1、图2和图3所示，包括有地质雷达监测装置1、面波监测装置2、体积含水率监测装置3、地下水位监测装置4、电阻率监测装置5和土壤吸力监测装置6；

地质雷达监测装置1用于监测不同体积含水率θw下夯土的介电常数ζr值，能获取深层水分场的反演分析；

面波监测装置2用于监测岩土介质的面波波速随深度的分布规律，并能利用面波波速与剪切波速及动弹模量关系来反算出结构的弹性力学参数，直接用于宏观判断岩土介质的损伤状态；

体积含水率监测装置3采用时域反射技术，用于监测土壤的体积含水率；

地下水位监测装置4用于描述地下水位变化规律，能间接判断地下水对研究对象的影响程度；

电阻率监测装置5为土壤电阻率测试仪，用于监测土壤的电阻率，能间接反映土体内部孔隙液含量和迁移规律；

土壤吸力监测装置6用于监测土体内部干湿状态，能间接反映土体内部水分含量和土的基质势，判断水分的来源及走向。

地质雷达监测装置1、面波监测装置2、体积含水率监测装置3、地下水位监测装置4、电阻率监测装置5和土壤吸力监测装置6无需特定连接，在使用时，可根据实际情况进行安装。

本发明砖-土古建筑基座病害监测系统的实施方法，具体包括以下步骤：

步骤一、对古建筑基座的空间尺寸进行初步测量，根据古建筑基座病害分布的实际外观情况，选取病害位置，如：将泛碱、风化剥蚀、掉渣(脱皮)、渗漏水、裂缝等部位作为关键监测点布设位置；

布设原则为：同类病害位置处布设3组以上监测点，作为平行对比监测点。

步骤二、选取古建筑基座顶部、外墙、门洞等易受到外界环境(受大气、降雨、风吹日晒等影响的部位)影响的位置布设监测点，待监测完成后对所有产生微损伤的监测点进行原样修复；

其中，监测点布置原则为：基座上部、中部及底部不同高度位置处各布设至少3组以上监测点，在空间分布上按照长度方向每5m～10m，高度方向上每1m～3m布设一个监测点原则，分别监测病害在竖向和平面上的空间分布规律，并保证对所有监测点进行防护措施。

步骤三、针对古建筑基座地基中夯土进行现场取样，开展室内试验，确定夯土体的土水特征曲线、电阻率及介电常数与体积含水率之间的函数关系，具体实施方法及函数关系采用如下方式获取：

第一步、以fredlund-xing1994提出的经典公式来描述夯土的土水特征曲线：

式(1)中：θw为体积含水率(％)，θs为饱和体积含水率(％)，ψ为基质吸力(kpa)，a是与进气值有关的参数(kpa)，b是当基质吸力大于进气值后与土体脱水速率有关的参数；

第二步、夯土的电阻率ρ与体积含水率θw函数关系采用archie模型来描述：

式(2)中，参数a0、b0与夯土的干密度有关；

第三步、基于地质雷达监测装置1实测不同体积含水率θw下夯土的介电常数ζr值，采用多项式拟合方法，得到类似于topp公式的θw-ζr拟合关系，具体如下：

θw＝aε³r+bε²r+cεr+d(3)；

式(3)中，参数a、b、c、d为根据体积含水率监测装置3和地质雷达监测装置1大量实测得到的拟合参数。

步骤三在具体标定古建筑基座内部夯土的物理指标和力学参数时需要开展室内常规试验，通过大量标定试验来事先确定上述函数的系数；如果无需研究夯土的土水特征曲线、电阻率及介电常数与体积含水率之间的量化关系，仅需要了解其夯土的水分场时空变化规律，则可略去步骤三。

步骤四、在古建筑基座的顶部以下0～h(h为基座的实际高度，视具体情况而定)、外墙基座底部以上1.0m高度上进行微型钻孔，其中，孔径≤30mm，孔深至少深入到外墙砌体结构厚度以内1.0m～3.0m，在微型钻孔的孔底布设体积含水率检测装置3的探头，间隔0.5m布设土壤吸力监测装置6，每个微型钻孔内布设1～3组体积含水率监测装置3的探头和土壤吸力监测装置6的探头；在门洞的拱圈和侧墙内部夯土中布设电阻率监测装置5的探头，电阻率监测装置5的探头布设深度为1.0m～2.0m，平均间排距为3.0m～4.0m，在古建筑基座外侧天然地基内部一定深度内(根据当地的地下水位平均值+3.0m进行钻孔布设)布设地下水位监测装置；

所有监测探头布设完成后进行试测，待试测稳定后，使用钻出的夯土封闭微型钻孔的孔口并夯击密实，每隔5分钟测试一次初始值，连续测量3～5次，最终取其平均值为初值；根据最新的天气预报，在降雨前后各监测1～2次，或者在雨期内每周监测3～5次，在枯水期内每周监测1次。

步骤五、如图4所示，在古建筑基座顶部内、外侧分别布设地质雷达监测装置1测线，位于内侧的地质雷达监测装置1测线用于探测古建筑基座中心部位夯土层水分场竖向分布，位于外侧的地质雷达监测装置1测线用于探测靠近外墙部位的夯土层的水分场竖向分布，内外测线的间距根据基座顶部的实际宽度确定，应尽可能反应不同空间部位的差异性；此外，在古建筑基座的外墙上沿距离基座底部向上不同高程上(基座底部、中部、顶部)布设3条地质雷达监测装置1测线，用于监测基座内夯土层的水分场水平方向和竖直方向的水分场在空间上分布的差异性。

步骤六、与步骤五中地质雷达监测装置1测线一致的方向上布设面波监测装置2监测点，保证门洞左右两侧各2个面波监测装置2监测点，门洞正上方1个面波监测装置2监测点，方形古建筑基座的四周能够均匀布设至少5个监测点，古建筑基座顶部内侧的面波监测装置2测线用于监测古建筑基座内部夯土在深度方向上的劣化特性，古建筑基座顶部外侧的面波监测装置2测线用于了解砌体结构外墙在高度方向上的损伤特性；

步骤七、根据步骤四中体积含水率监测装置3、电阻率监测装置5的长期监测结果及步骤三所得在室内试验标定中获取的体积含水率之间的函数关系，分析古建筑基座内部水分场随时间的演化规律；

步骤八、如图5所示，根据步骤五～步骤七所得的地质雷达监测装置1和体积含水率监测装置3、电阻率监测装置5的长期监测结果，以及步骤三所得的室内试验标定结果，分析水分场空间分布规律；

根据步骤六所得的面波监测装置2的监测结果，分析古建筑基座结构病害的宏观特征。

步骤九、根据步骤七及步骤八的分析结果，对古建筑基座水害与结构病害相互关系进行分析，完成砖-土古建筑基座病害监测。

实施例

以西安市某砖-土古建筑基座为例；

按照以下步骤针对某砖-土古建筑基座病害监测系统的实施过程进行：

步骤一：根据古建筑基座病害分布外观情况，选取泛碱掉渣(脱皮)、渗漏水、裂缝及明显风化区域作为监测点布设位置(如在古建筑基座外墙、基座顶部、门洞内部等)；

步骤二：在基座外墙不同高度处各布设3组监测线，在监测线长度方向每6m布设一个监测点，对所有监测点采取防护措施，待监测完成后对所有产生微损伤的监测点进行原样修复；

步骤三：选取步骤二中的监测线上的具有代表性的监测点进行微型钻孔取砖样和内部芯墙夯土样迅速采取塑料袋密封，运至实验室开展室内常规物理指标测试和无荷载条件下非饱和土的土水特征曲线试验、电阻率试验，获取夯土的基质吸力、电阻率、介电常数与体积含水率之间的函数关系，具体实施步骤可采用如下方式：

①以fredlund-xing(1994)提出的经典公式来描述夯土的土水特征曲线：

式(1)中：θw为体积含水率(％)，θs为饱和体积含水率(％)，ψ为基质吸力(kpa)，a是与进气值有关的参数(kpa)，b是当基质吸力大于进气值后与土体脱水速率有关的参数。

得到如图6所示体积含水率θw-基质吸力ψ关系，如图7所示体积含水率θw-电阻率ρ关系。

表1为体积含水率θw-电阻率ρ-基质吸力ψ关系标定值。

表1体积含水率θw-电阻率ρ-基质吸力ψ关系标定值

②夯土的电阻率ρ与体积含水率θw函数关系可用archie模型来描述：

式(2)中，参数a0、b0与夯土的干密度有关。

③基于地质雷达监测装置1实测不同体积含水率θw下夯土的介电常数ζr值，采用多项式拟合方法，得到类似于topp公式的θw-ζr拟合关系：

θw＝aε³r+bε²r+cεr+d(3)；

式(3)中，参数a、b、c、d为根据体积含水率监测装置3和地质雷达监测装置1大量实测得到的拟合参数；

水分对电磁波具有较强吸收能力，因此，岩土介质含水率越高对电磁波的削弱能力越强，波速越慢，相对介电常数则越高。波速与介电常数之间可用下式来描述：

式(4)中：vr为波速(m/ns)，c为电磁波在空气中的传播速度(0.3m/ns)，ζr为相对介电常数；

再者，介电常数与体积含水率关系密切，可通过建立岩土材料的介电常数与体积含水率关系间接反映岩土介质中的水分分布情况。根据不同深度处岩土介质介电性能的差异，采用radans6.0中交互式解释模块将地质雷达波形云图的波速参数提取出来，根据公式(4)反推出目标体介电常数ζr，再根据目标点的实测体积含水率θw，采取反演分析方法建立θw-ζr的函数关系，以便于整个台基三维空间的水分场的反演分析，采用上述理论得到θw-ζr的类似于topp公式的多项式拟合关系，如图8所示，则有θw-ζr的拟合关系如式(5)：

θw＝7.0×10^-5ε³r-3.2×10^-3ε²r+6.24×10^-2εr-0.1736(5)；

步骤四：在古建筑基座的顶部以下0～4m、外墙基座底部进行钻孔，孔深为3.0m，在孔底布设体积含水率检测装置3的探头，间隔0.5m布设土壤吸力监测装置6，每个孔内布设2组体积含水率监测装置3探头和土壤吸力监测装置6探头；在门洞的拱圈和侧墙内部夯土中布设电阻率监测装置5探头，电阻率监测装置5探头布设深度为2.0m，间排距为3.0m，在古建筑基座外侧天然地基内部一定深度内布设地下水位监测装置。按照规定的测试频次进行监测。如图9所示为西安某古建筑基座外墙内部(7个监测点)，如图10所示劵门内部(8个监测点)夯土层的体积含水率随时间的变化关系；

从含水率分布规律看，基座底部的含水率程度(平均含水率为31％)较基座顶部高(平均含水率为22％)，基座门洞下部夯土地基的含水率较古建筑基座外侧地基的含水率高，表明基座内部水分在底部聚集，且难以向外排出，导致基座底部几乎饱和，当水分无法向地基内部快速入渗时，基座外墙(外墙裂缝)及门洞拱圈较薄弱(渗漏路径较短)部位向外渗水，最终导致基座形成大量渗漏、泛碱、掉皮、墙皮脱落等水害现象；

步骤五：在古建筑基座顶部分别布设内侧地质雷达监测装置1测线和外侧地质雷达监测装置1测线，内侧地质雷达监测装置1测线用于探测古建筑基座中心部位夯土层水分场竖向分布，外侧地质雷达监测装置1测线用于探测靠近外墙部位的夯土层的水分场竖向分布，内外测线的间距为3.5m；此外，在古建筑基座的外墙上从底部向上高度为1.5m、4.0m、6.5m分别布设3条地质雷达监测装置1测线，分别测定降雨前、后状态下基座顶部海墁以下不同部位的地质雷达波，用于了解基座内夯土层水平和竖直方向的水分场在空间上分布的差异性；

步骤六：与步骤五中地质雷达监测装置1测线一致的方向上布设面波监测装置2监测点，保证门洞两侧各2个监测点，门洞正上方1个监测点，方形古建筑基座的四周能够均匀布设至少5个监测点，内侧面波监测装置2测线用于了解古建筑基座内部夯土在深度方向上的劣化特性，外侧面波监测装置2测线用于了解砌体结构外墙在高度方向上的损伤特性；图11为根据面波波速与弹性模量之间的关系公式计算得到的基座海墁以下北侧内线平均弹性模量随深度分布图；图12为根据面波波速与弹性模量之间的关系公式计算得到的基座海墁以下北侧外线平均弹性模量随深度分布图；

面波波速与弹性模量之间的关系如式(6)所示：

通过基座顶部的面波测试结果表明：基座顶部以下5.0m范围内的损伤较底部3.0m范围内损伤严重，且基座西、北侧损伤程度要比东南侧严重；

步骤七：根据步骤四所得体积含水率监测装置3、电阻率监测装置5的长期监测结果及步骤三所得在室内试验标定中获取的体积含水率之间的函数关系，分析古建筑基座内部水分场随时间的演化规律，图13为劵门拱肩部位电阻率变化趋势；图14为劵门拱肩部位体积含水率(反演分析)；图15为劵门墙脚部位电阻率；图16为劵门墙脚部位体积含水率(反演分析)；如图17为劵门内夯土电阻率监测点监测结果；

监测结果表明：古建筑基座拱圈以上顶部的电阻率交基座底部大，反映了基座底部水分含量比基座顶部大，基座顶部的孔隙率交底部高等问题，从而暗示了，基座顶部收到降雨影响较大，形成了渗流通道，基座底部水分聚集无法排出的隐患问题；

步骤八：根据步骤五～步骤七所得地质雷达监测装置1和体积含水率监测装置3、电阻率监测装置5的长期监测结果，以及步骤三所得室内试验标定结果，分析水分场空间分布规律，图18为南侧外墙以内不同深度(z＝1.0m，z＝2.0m，z＝3.0m)处夯土含水率在基座高度方向的空间分布，0-14.75m为门洞左侧基座内部含水率空间分布图，20.75m-35.5m位门洞右侧基座内部含水率空间分布图，基座门洞的宽度为6.0m，基座总宽度为35.5m；

从水分场空间分布规律来看：降雨之后，临近基座外墙的顶部水分含量显然比基座内部高，越向基座内部核心部位，基座底部的水分含量较顶部高，由此可知，基座外墙顶部易于受到降水的影响，基座底部的饱和度较顶部高，降雨之后，水分向基座深部迁移。

根据步骤六所得面波监测装置2监测结果，分析古建筑基座结构病害的宏观特征，通过步骤六分析得到：古建筑基座的面波波速及弹性模量的分布规律，面波波速分布不均反映了古建筑基座损伤程度的差异性、弹性模量的不同反映了其力学指标的差异性，从而直接用于对其病害分布特征进行评价，弹性模量或面波波速越大，则表明古建筑基座的损伤程度越轻，反之则越严重；

步骤九：根据步骤七及步骤八的分析结果，对古建筑基座水害与结构病害相互关系进行分析，完成砖-土古建筑基座病害监测。

针对古建筑基座的水害和结构病害关系可以采用定性方法来分析，也可采用室内试验方法来研究古建筑砖-土结构在受到水害侵蚀作用下的损伤力学特征，如图19～图21所示为砌体-夯土结构劣化和软化特征力学实验结果；其中，图19为不同损伤因子d下损伤砌体应力-应变关系曲线，图20是弹性模量与饱和度关系曲线，图21是抗剪强度指标与饱和度关系曲线；

采用数值分析方法建立有限元模型，分析砖砌体劣化和夯土受水侵蚀软化作用下古建筑基座的变形和受力特征；图22为关键分析断面局部倾斜图，图23为关键分析断面的拉应力状态响应，从而来评判二者的关系。通过本发明提出的一种砖土古建筑基座水害监测系统及实施方法，能够系统的了解古建筑基座内部和外部的水害特征及时-空分布规律，本实施例水害监测及分析结果得到如下结论：

①古建筑基座水害的诱因是降雨，与花坛浇灌无关，基座顶部以下2.0m夯土易受降雨入渗影响，且水分有向基座底部迁移趋势，可推断，海墁以下防渗层失效，夯土因受水软化形成渗流通道；

②基座外墙3.0m以内夯土饱和度达60％，基座底部饱和度达80％，外墙易受到降雨影响而出现诸如泛碱、掉皮、渗水等水害现象，随着水分的聚集最终向门洞的拱圈部位迁移，在渗透压力下拱圈部位形成掉皮、泛碱等水害；

③采用数值分析方法建立了水害引起砖-土结构材料的劣化或软化特征与在役古建筑基座的受力和变形之间的关系，结果认为：夯土软化会诱发古建筑基座“由上向下”产生裂缝，砌体劣化会导致基座“由下向上”产生裂缝，且夯土软化效应对古建筑的稳定性影响更大。

本发明砖-土古建筑基座病害监测系统，通过设置地质雷达监测装置、面波监测装置、体积含水率监测装置、地下水位监测装置、电阻率监测装置和土壤吸力监测装置，并基于水分场-电磁场-声波场等多场耦合的原位监测分析系统实施方法，可以全面动态掌握古建筑基座内部水环境的演化过程；此外，基于电磁波-声波-电场等理论体系与岩土介质的水分场关系，能实现深入探索古建筑基座内部水环境的时空分布规律，为古建筑基座的病害调查、预测和修复提供一套科学的系统监测及理论分析方法。