由于长期暴露于自然环境中,遗址本体性能极易劣化,抗剪能力差,容易产生裂隙、掏蚀、坍塌等病害。郑州地区土遗址主要由粉土或粉砂土构成(黏粒含量<10%),且土遗址病害集中于浅层部位。添加黏粒的方法符合土遗址保护中“利用古代材料”、“修旧如旧”等原则,在土遗址预防性保护工程中多有应用,但不同于纯净砂或黏土,细颗粒尤其是黏粒的存在使得含细粒砂土(如粉砂土等)的剪切行为变得非常复杂,其黏粒作用机制尚不明确。因此,有必要开展黏粒含量对中原地区土遗址力学特性影响规律及机理的相关研究。本文以郑州地区典型土遗址苑陵故城粉砂土为研究对象,以土遗址浅层破坏为研究背景,首先从基本物性试验出发,研究了0、5、10、15、20、25%黏粒含量下颗粒级配特征与液塑限指标;其次,通过直接剪切和三轴剪切试验研究了黏粒含量(5~25%)和应力条件(1、5、10、25、50、100、200、400kPa)对遗址粉砂土剪切力学特性的影响规律,着重分析了低应力(1~25kPa)和高应力(50~400kPa)下其力学参数差异性;最后,结合扫描电镜微观试验探究黏粒含量对低应力和高应力下遗址土抗剪强度指标影响规律及其形成机理;研究可为土遗址预防性保护提供依据。主要研究内容及成果如下:(1)直接剪切和三轴剪切试验结果均表明依照规范法拟合公式所得低应力点抗剪强度远大于实测值,用于土遗址稳定性等分析时偏危险。因此,开展遗址土强度试验时须包含低应力条件,才能获得符合土遗址浅层破坏状态时的真实强度指标值。(2)高、低应力条件下,直接剪切试验所得黏聚力值均大于三轴剪切试验所得黏聚力值,相差7~10kPa;低应力条件下,直剪试验所得内摩擦角值小于三轴剪切试验所得内摩擦角值,相差6~11°,而高应力条件下,两者内摩擦角值相近。(3)直接剪切和三轴剪切试验得出,在相同应力和干密度条件下,添加黏粒后粉砂土强度的增加主要由黏聚力大幅提升所致。黏聚力随黏粒含量增加呈两段折线型增长(整体上曲线拐点位于黏粒含量10%处),且高、低应力段黏聚力的差值有逐渐减小的趋势。当黏粒含量大于10%后,遗址粉砂土经历从“类砂土”向“类黏土”的转变,土样抗剪强度显著提高,且当黏粒充分包裹砂粒后,黏粒含量再增大仅引起黏聚力值的小幅变化甚至保持不变。(4)直接剪切和三轴剪切试验均存在干密度相同时,随着黏粒含量的增加,低应力段抗剪强度绝对增长率较高应力段大的现象;不同应力条件下干密度增大所致抗剪强度增幅并不一致,应针对不同应力条件选取适合的干密度。(5)鉴于郑州地区土遗址本体黏粒含量多小于10%,在土遗址保护工作中,更应加强低应力和高应力对比工作,根据实际保护工况获得合理的强度参数。此外,在土遗址修复工程中,获得本体强度参数的取样工作与“最低限度干预”等文物保护原则“相悖”,而郑州地区部分土遗址土性属于不同黏粒含量下的粉砂土。因此,试验所得强度指标可为在确定其本体力学参数时提供参考。