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内容摘要：交河故城病害的成因主要是风化作用，本文选用PS材料对交河故城土体进行了加固试验，对原状土和重塑土PS加固前后进行力学强度测试和抗风蚀能力测试。试验结果表明PS加固交河故城土体后，其物理力学参数都能得到明显的改善，抗风蚀能力也得到明显提高，证明交河故城土体适于用PS材料进行表面防风化加固。
关键词：PS材料；交河故城；加固试验；风蚀
中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：1000-4106(2007)05-0032-04
千百年来，由于受环境诸因素，特别是强烈的风蚀和雨蚀的影响，使新疆吐鲁番交河故城遗址产生了多种地质病害，如裂隙、冲沟发育，危土体坍塌，墙面风化剥离等对遗址造成严重破坏。所以对交河故城土体进行研究，探讨其加固原理就有非常重要的意义。
PS材料经过敦煌研究院多年来的研究和应用，已经在多处土遗址加固工程中发挥了巨大的作用，如宁夏西夏王陵、甘肃玉门关、河仓城、破城子、高昌故城等。实践证明，PS材料用于土质文物具有良好的效果。为了更好地将其应用于交河故城的保护加固工程中，本文对交河故城土体的物理力学性质和PS材料加固效果进行了初步的研究。
一 交河故城土体的性质
交河故城本体土的类型有四种：生土、夯土、垛泥和土坯。本试验选取前三种土作为研究对象，三种土在物理力学性质上有较大的差别，通过大量的室内常规试验得出交河故城土的基本物理性质如表1所示。
可以看出，交河故城土体的类型不同，导致其基本性质也有所差别，生土建筑是在原状土中直接开凿而成的，属天然土，所以其土体性质波动范围较大，而夯土和垛泥都具有特殊的施工工艺，所以其性质相对较单一。从表中还可以看出，夯土的性质与垛泥相比较好一些，这与两种土的建造工艺的差异有关。
二 交河故城土PS加固试验
试验选用交河生土和垛泥作为研究对象，用PS材料对其原状土和重塑土样进行加固，测试其物理力学性质，对比加固前后的结果，得出其加固效果。
1、试样的制取
①原状样
将交河故城现场取的土样切割成大小统一的立方体，本试验为5cm×5cm×5cm的立方体，详细测量每块试样的尺寸和重量。在室温条件下自然养护至干待测。
②重塑土样
参照交河故城土的天然密度，试验选取1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3三种密度进行制样。将原状土用粉碎机粉碎，过5mm的筛子，一般按10％的含水量充分拌匀，装入塑料袋密封过夜，使其充分浸湿。
定量称取备好的湿土，装入7.07cm×7.07cm×7.07cm立方体模具，在WE-30型液压式万能材料试验机下压制，之后用脱模机脱模。将试样放在室内一定时间自然风干养护，风干时间可控制半个月，并称试样质量，风干的指标含水量控制在2.0％左右。
2、PS材料加固方案
试验采用模数为3.8的PS溶液，采用浓度分别为3％、5％、7％和10％。试验方案分为以下几种：①未用PS加固。②3％浓度PS溶液喷洒第一次、5％浓度PS溶液喷洒第二次、7％浓度PS溶液喷洒第三次。③5％浓度PS溶液喷洒三次。④7％浓度PS溶液喷洒三次。⑤10％浓度PS溶液喷洒三次。
3、试验结果分析
(1)抗压、抗拉强度试验
①原状土
将原状土用5％浓度PS溶液喷洒三次，每次喷洒时间间隔为24小时，全部喷洒完毕后在室内养护至自然风干，测试其单轴抗压和抗拉强度，选取典型的土样JH-029、JH-030、JH-011和JH-012，其测试结果如表2。
可以看出：经过PS材料加固后，生土和垛泥的强度得到了明显的提高，提高幅度120％-180％，生土的强度要高于垛泥。
②重塑土
分别对密度为1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3的重塑土样进行PS加固，采用与加固原状土同样的方式，加固后测试其PS固含量和强度(见表3、4、5)。
从表3、4和5可以看出：土的密度越小，吸收PS溶液的能力越强，经PS加固后，重塑土的抗压和抗拉强度明显增大，最大可提高约1.6倍。
(2)抗风蚀试验
抗风蚀能力测试在中国科学院寒区旱区研究所的宁夏沙坡头野外风洞试验室进行，试样水平放置，采用风速为17m/s的携沙风，吹蚀时间为10分钟。
①原状土
对原状土进行(1)、(2)、(3)、(4)、(5)种方式的操作进行加固，并对其结果进行对比分析，试验结果如表6、图1。
从图1中可以看出，PS浓度越大，原状土的抗风蚀能力越强，但变化不明显，所以PS浓度以5％浓度为宜。不同加固方法以及PS浓度不同，风蚀率也略有不同。未加固的原状土风蚀率为加固土风蚀率的6-24倍，可见PS加固后原状土的抗风蚀能力大大提高。
②重塑土
从表7可以看出：密度越大，PS加固后抗风蚀能力越强，加固样的抗风蚀能力提高8-22倍。
三 结论
1、交河故城各种土的物理参数有所差别，但总体来讲其物理性质较好。
2、土的密度越小，吸收PS溶液的能力越强，经过PS材料加固后，原状土和重塑土的强度都能得到明显的提高，原状土可提高1.8倍，重塑土可提高1.6倍。
3、经PS加固后，土的抗风蚀能力明显增强，原状土可提高6-24倍，重塑土可提高8-22倍。不同加固方法以及PS浓度不同，风蚀率也略有不同，PS浓度以5％为宜。
4、PS材料是交河故城土体加固的理想材料。
致谢：本试验得到西北大学文博学院孙满利高级工程师和敦煌研究院张鲁高级工程师的大力支持，在此表示感谢。
责任编辑：梁 红
关键词：PS材料；交河故城；加固试验；风蚀
中图分类号：K854.3 文献标识码：A 文章编号：1000-4106(2007)05-0032-04
千百年来，由于受环境诸因素，特别是强烈的风蚀和雨蚀的影响，使新疆吐鲁番交河故城遗址产生了多种地质病害，如裂隙、冲沟发育，危土体坍塌，墙面风化剥离等对遗址造成严重破坏。所以对交河故城土体进行研究，探讨其加固原理就有非常重要的意义。
PS材料经过敦煌研究院多年来的研究和应用，已经在多处土遗址加固工程中发挥了巨大的作用，如宁夏西夏王陵、甘肃玉门关、河仓城、破城子、高昌故城等。实践证明，PS材料用于土质文物具有良好的效果。为了更好地将其应用于交河故城的保护加固工程中，本文对交河故城土体的物理力学性质和PS材料加固效果进行了初步的研究。
一 交河故城土体的性质
交河故城本体土的类型有四种：生土、夯土、垛泥和土坯。本试验选取前三种土作为研究对象，三种土在物理力学性质上有较大的差别，通过大量的室内常规试验得出交河故城土的基本物理性质如表1所示。
可以看出，交河故城土体的类型不同，导致其基本性质也有所差别，生土建筑是在原状土中直接开凿而成的，属天然土，所以其土体性质波动范围较大，而夯土和垛泥都具有特殊的施工工艺，所以其性质相对较单一。从表中还可以看出，夯土的性质与垛泥相比较好一些，这与两种土的建造工艺的差异有关。
二 交河故城土PS加固试验
试验选用交河生土和垛泥作为研究对象，用PS材料对其原状土和重塑土样进行加固，测试其物理力学性质，对比加固前后的结果，得出其加固效果。
1、试样的制取
①原状样
将交河故城现场取的土样切割成大小统一的立方体，本试验为5cm×5cm×5cm的立方体，详细测量每块试样的尺寸和重量。在室温条件下自然养护至干待测。
②重塑土样
参照交河故城土的天然密度，试验选取1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3三种密度进行制样。将原状土用粉碎机粉碎，过5mm的筛子，一般按10％的含水量充分拌匀，装入塑料袋密封过夜，使其充分浸湿。
定量称取备好的湿土，装入7.07cm×7.07cm×7.07cm立方体模具，在WE-30型液压式万能材料试验机下压制，之后用脱模机脱模。将试样放在室内一定时间自然风干养护，风干时间可控制半个月，并称试样质量，风干的指标含水量控制在2.0％左右。
2、PS材料加固方案
试验采用模数为3.8的PS溶液，采用浓度分别为3％、5％、7％和10％。试验方案分为以下几种：①未用PS加固。②3％浓度PS溶液喷洒第一次、5％浓度PS溶液喷洒第二次、7％浓度PS溶液喷洒第三次。③5％浓度PS溶液喷洒三次。④7％浓度PS溶液喷洒三次。⑤10％浓度PS溶液喷洒三次。
3、试验结果分析
(1)抗压、抗拉强度试验
①原状土
将原状土用5％浓度PS溶液喷洒三次，每次喷洒时间间隔为24小时，全部喷洒完毕后在室内养护至自然风干，测试其单轴抗压和抗拉强度，选取典型的土样JH-029、JH-030、JH-011和JH-012，其测试结果如表2。
可以看出：经过PS材料加固后，生土和垛泥的强度得到了明显的提高，提高幅度120％-180％，生土的强度要高于垛泥。
②重塑土
分别对密度为1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3的重塑土样进行PS加固，采用与加固原状土同样的方式，加固后测试其PS固含量和强度(见表3、4、5)。
从表3、4和5可以看出：土的密度越小，吸收PS溶液的能力越强，经PS加固后，重塑土的抗压和抗拉强度明显增大，最大可提高约1.6倍。
(2)抗风蚀试验
抗风蚀能力测试在中国科学院寒区旱区研究所的宁夏沙坡头野外风洞试验室进行，试样水平放置，采用风速为17m/s的携沙风，吹蚀时间为10分钟。
①原状土
对原状土进行(1)、(2)、(3)、(4)、(5)种方式的操作进行加固，并对其结果进行对比分析，试验结果如表6、图1。
从图1中可以看出，PS浓度越大，原状土的抗风蚀能力越强，但变化不明显，所以PS浓度以5％浓度为宜。不同加固方法以及PS浓度不同，风蚀率也略有不同。未加固的原状土风蚀率为加固土风蚀率的6-24倍，可见PS加固后原状土的抗风蚀能力大大提高。
②重塑土
从表7可以看出：密度越大，PS加固后抗风蚀能力越强，加固样的抗风蚀能力提高8-22倍。
三 结论
1、交河故城各种土的物理参数有所差别，但总体来讲其物理性质较好。
2、土的密度越小，吸收PS溶液的能力越强，经过PS材料加固后，原状土和重塑土的强度都能得到明显的提高，原状土可提高1.8倍，重塑土可提高1.6倍。
3、经PS加固后，土的抗风蚀能力明显增强，原状土可提高6-24倍，重塑土可提高8-22倍。不同加固方法以及PS浓度不同，风蚀率也略有不同，PS浓度以5％为宜。
4、PS材料是交河故城土体加固的理想材料。
致谢：本试验得到西北大学文博学院孙满利高级工程师和敦煌研究院张鲁高级工程师的大力支持，在此表示感谢。
责任编辑：梁 红