中原地区存在许多土遗址,驻马店地区的蔡国故城遗址是其中之一。蔡国故城位于驻马店上蔡县城一带,是历史上西周至春秋的一座名城,所在驻马店地区土质大多属于膨胀土。膨胀土由于含有蒙脱石、伊利石等亲水性矿物,具有失水产生收缩,吸水产生膨胀的特点,造成土体产生膨胀变形、干缩变形、干缩裂隙,使土体承载能力和稳定性降低,进而可能使土体发生滑坡、坍塌、表层剥落等危害;另外土遗址处于自然环境中还会受到冻融作用、酸碱侵蚀等自然灾害,这些病害对土遗址的修复与保护十分不利。本文以蔡国故城遗址土为研究对象,进行一系列试验,探究改善膨胀遗址土胀缩变形、干缩裂缝、易吸水特性的方法,试验内容及结果如下:1、为了研究遗址土干缩裂隙的发展规律,并对其进行改良,进行了干缩裂隙试验。试验研究了粒径、厚度、干湿循环三个因素对遗址土干缩裂隙发展规律的影响。用MATLAB对土的干缩裂隙图片进行二值化处理,得到裂隙率,绘制裂隙率随时间变化曲线,用以定量分析干缩裂隙。通过加入灰钙粉和防水剂作为改良材料,对干缩裂隙进行改良试验。试验结果表明:小粒径膨胀土干缩过程中含水率下降比大粒径的含水率下降快,裂隙率比大粒径增长的快;土样厚度越厚裂缝宽度越宽,厚度较厚的土样微观结构表面土颗粒边缘有许多大小不一的翘曲;随着干湿循环次数的增加,试样表面裂隙率逐渐增加;添加灰钙粉和防水剂的遗址膨胀土,其干缩裂隙率、防水性和失水性得到明显改善。2、为了研究不同初始状态下遗址土的干缩变形规律,并改善干缩变形,利用土壤收缩仪进行了遗址土的干缩变形试验,测得竖向变形和含水率变化,绘制线缩率、含水率随时间变化曲线。通过加入不同配比的改良材料对干缩变形进行改良,还进行了吸水试验用以探究改良材料对遗址土吸水性的改善。根据试验结果确定了一种对干缩变形、土样吸水性改良效果最好的改良材料配比。试验结果表明:干密度相同,试样的干缩变形随着初始含水率的增加而增加;初始含水率相同,试样的干缩变形随着初始干密度的增加而降低;加入改良材料灰钙粉和防水剂,干缩变形随着灰钙粉的掺量增加而减小,随着防水剂的掺量增加而减小;灰钙粉和防水剂都能有效改善遗址土的吸水性;改善遗址土干缩变形和吸水性的最佳改良材料掺量是5%的灰钙粉和5%的防水剂,在此掺量下改良土的最终线缩率为1.7%,最终吸水率为6.03%;素土的最终线缩率为7.35%,最终吸水率为29.2%。可见改良材料可以显著改善遗址土的干缩变形和吸水性。3、为了研究素土和改良土膨胀变形规律,用土壤膨胀仪进行了遗址土的膨胀变形试验,测得不同初始状态下土样的竖向膨胀变形,绘制线膨胀率随时间变化曲线。试验结果表明:试样的初始含水率越高,试样的膨胀变形速率越慢,最终膨胀变形越小;试样的初始干密度越大,试样的膨胀变形速率越慢,最终膨胀变形越小;加入灰钙粉和防水剂改良材料可以显著的降低遗址土的膨胀变形,改良土的最终膨胀率为0.3%,素土的最终膨胀率为3.25%。4、为了探究改良材料对遗址土的力学性能及耐久性的影响,进行了直剪试验、冻融循环试验、耐酸碱试验。试验中得到了素土与改良土的抗剪强度指标和抗压强度,试验结果表明:改良土的抗剪强度指标相比素土有大幅度的提升,素土的粘聚力、摩擦角分别为15.69kPa、3.5°,改良土的粘聚力、摩擦角分别为88.11kPa、25.85°;在经过冻融循环作用后,素土与改良土的抗剪强度指标都有下降,经过3次冻融循环后素土的粘聚力、摩擦角分别为12.02kPa、2°,改良土的粘聚力、摩擦角分别为55.59kPa、24.1°,改良土仍然保持较高的粘聚力和摩擦角;在经过酸碱溶液的浸泡后,素土试样崩解显然不具备强度,而改良土仍然可以保持外观完整。然后测试抗压强度,改良土在经过酸碱浸泡后抗压强度稍有下降但仍然比素土试样高,未经酸碱侵蚀的素土与改良土的抗压强度分别为3.31MPa、4.83MPa,经过酸、碱侵蚀后改良土的抗压强度分别为4.48MPa、4.55MPa。可见,改良土样还具备很好的耐酸碱腐蚀性。