土遗址开裂机理及形态研究

李艳红; 刘轩成; 闫海涛; 周双林

doi:10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-02-004

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土遗址开裂机理及形态研究

文化遗产保护 | 更新时间：2026-05-11

- 土遗址开裂机理及形态研究
- The cracking mechanism and morphology of earthen archaeological sites
- 西北大学学报（自然科学版） 2026年56卷第2期页码：252-263
- 作者机构：
  
  1.河南省文物考古研究院，河南　郑州　450000
  2.复旦大学　文物与博物馆学系，上海　200433
  3.大同市博物馆，山西　大同　037000
  4.北京大学　考古文博学院，北京　100871
- 作者简介：
  
  李艳红，女，博士研究生，馆员，从事不可移动文物保护研究，alicia_lyh@163.com。
  周双林，男，副教授，博士生导师，从事不可移动文物保护研究，zslin@pku.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家文物局文物科学技术研究项目(2023ZCK019)
- DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-02-004
  中图分类号： K878
- 收稿：2025-10-15，
  
  修回：2025-12-10，
  
  纸质出版：2026-04-25
- 稿件说明：
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李艳红, 刘轩成, 闫海涛, 等. 土遗址开裂机理及形态研究[J]. 西北大学学报（自然科学版）, 2026,56(2):252-263.

LI Yanhong, LIU Xuancheng, YAN Haitao, et al. The cracking mechanism and morphology of earthen archaeological sites[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2026, 56(2): 252-263.
李艳红, 刘轩成, 闫海涛, 等. 土遗址开裂机理及形态研究[J]. 西北大学学报（自然科学版）, 2026,56(2):252-263. DOI： 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-02-004.

LI Yanhong, LIU Xuancheng, YAN Haitao, et al. The cracking mechanism and morphology of earthen archaeological sites[J]. Journal of Northwest University (Natural Science Edition), 2026, 56(2): 252-263. DOI： 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2026-02-004.

摘要

调查了国内不同环境下土遗址的开裂状况，试图探究遗址开裂与土体性质之间的关系。对各遗址土样的物理性质、水理性质、化学组成及微观结构等进行检测，并在实验室对其进行自然环境下的开裂模拟试验，使用Matlab软件定量表征遗址土的开裂特征。结果表明，干旱环境下的土遗址以龟裂缝为主，影响遗址的展示；潮湿环境下的土遗址裂缝宽度大且深，严重影响遗址的安全性。结合土的物性参数分析发现，土的颗粒组成和矿物组成是遗址土体开裂发生的决定性因素，遗址的含水量变化是土体开裂的引发条件；黏粒组含量尤其是蒙脱石的含量越高，越易形成开裂；土的水理性质和微观组成是土颗粒组成和矿物组成的体现。室内的开裂模拟试验和现场开裂形态一致，Matlab定量结果显示苏家垄遗址和河伯所遗址裂隙率最高。因此，在遗址发掘初期，建议先分析土体性质，预估含水量降低过程中可能出现的状态，以预防遗址发掘中出现的因土体开裂导致的坍塌现象。

Abstract

This study investigates the cracking patterns of archaeological sites under different domestic environmental conditions. The research further explores the correlation between soil properties and cracking mechanisms. Comprehensive analyses were conducted on soil properties including physical characteristics

hydrophysical behaviors

chemical composition

and microstructural features. Simulated cracking experiments under natural environment were performed in laboratory settings

with quantitative characterization of soil cracking characteristics achieved through Matlab software. The results indicate that archaeological sites in arid environments are predominantly characterized by mud cracks

which primarily affect site presentation

while those in humid environments develop wider and deeper fissures that critically endanger structural stability. Soil particle composition and mineralogical constituents were identified as predominant factors governing cracking susceptibility

with moisture content variation serving as the triggering condition. Notably

elevated clay content

particularly montmorillonite concentration

significantly enhances cracking potential. The hydrophysical properties and microstructural characteristics essentially reflect the combined effects of particle and mineral compositions. Laboratory simulations successfully replicated field-observed cracking patterns

with Matlab quantification revealing the highest crack ratios at Sujialong and Hebosuo sites. Consequently

preliminary soil property analysis is recommended during early excavation phases to predict desiccation-induced structural responses

thereby preventing collapse caused by soil cracking.

关键词

Keywords

references

闫海涛 . 红烧土遗迹与遗物的化学加固材料研究 [D ] . 北京 : 北京大学 , 2011 : 3 - 21 .

秦俑坑土遗址保护课题组 . 秦俑坑土遗址的研究与保护 [J ] . 文博 , 1995 ( 1 ): 77 - 84 .

Qin Terracotta Pit soil site protection project team . Research and protection of the earthen site of Terracotta Warriors [J ] . Relics and Museolgy , 1995 ( 1 ): 77 - 84 .

朱章义 , 张擎 , 王方 . 成都金沙遗址的发现、发掘与意义 [J ] . 四川文物 , 2002 ( 2 ): 3 - 10 .

ZHU Z Y , ZHANG Q , WANG F . The discovery, excavation and significance of Jinsha Site in Chengdu [J ] . Sichuan Cultural Relics , 2002 ( 2 ): 3 - 10 .

孙国平 , 黄渭金 , 郑云飞 , 等 . 浙江余姚田螺山新石器时代遗址2004年发掘简报 [J ] . 文物 , 2007 ( 11 ): 4 - 24 .

SUN G P , HUANG W J , ZHENG Y F , et al . Excavation report of the Neolithic Site of Tianluoshan, Yuyao, Zhejiang Province in 2004 [J ] . Cultural Relics , 2007 ( 11 ): 4 - 24 .

张慧 , 李玉虎 , 万俐 , 等 . 浙江余姚田螺山遗址室内与现场加固试验研究 [J ] . 东南文化 , 2009 ( 3 ): 110 - 113 .

ZHANG H , LI Y H , WAN L , et al . Study on indoor and field reinforcement of Tianluoshan Site in Yuyao, Zhejiang Province [J ] . Southeast Culture , 2009 ( 3 ): 110 - 113 .

冯永驱 , 陈伟汉 , 全洪 , 等 . 广州南越国宫署遗址1995—1997年发掘简报 [J ] . 文物 , 2000 ( 9 ): 4 - 24 .

FENG Y Q , CHEN W H , QUAN H , et al . Excavation report of the Site of the Palace of Nanyue Kingdom in Guangzhou 1995—1997 [J ] . Cultural Relics , 2000 ( 9 ): 4 - 24 .

胡晓琴 , 王云峰 , 范敏 , 等 . 南越国宫署土遗址防风化加固材料的效果比较 [J ] . 文物保护与考古科学 , 2011 , 23 ( 2 ): 30 - 35 .

HU X Q , WANG Y F , FAN M , et al . Comparison of the effect of anti-weathering reinforcement materials on the earth site of Nanyue Palace [J ] . Sciences of Conservation and Archaeology , 2011 , 23 ( 2 ): 30 - 35 .

黄文熙 . 土的工程性质 [M ] . 北京 : 水利电力出版社 , 1983 : 112 - 116 .

党进谦 , 李靖 . 非饱和黄土含水量与基质吸力的关系 [J ] . 水土保持通报 , 1995 , 15 ( 4 ): 39 - 42 .

DANG J Q , LI J . Relationship between water content and substrate suction of unsaturated loess [J ] . Bulletin of Soil and Water Conservation , 1995 , 15 ( 4 ): 39 - 42 .

姜世新 . 土体开裂的理论研究 [D ] . 天津 : 天津大学 , 2013 : 52 - 53 .

白玉锋 . 黄土试样开裂机理试验研究 [D ] . 西安 : 长安大学 , 2014 : 51 - 52 .

罗札诺夫 . 土壤形态学 [M ] . 王浩清 , 郑军，译. 北京 : 科学出版社 , 1988 : 204 - 211 .

山西农业大学 . 土壤学：北方本 [M ] . 第2版 . 北京 : 农业出版社 , 1981 : 64 - 69 .

唐朝生 , 崔玉军 , TANG A M , 等 . 土体干燥过程中的体积收缩变形特征 [J ] . 岩土工程学报 , 2011 , 33 ( 8 ): 1271 - 1279 .

TANG C S , CUI Y J , TANG A M , et al . Volume shrinkage deformation characteristics during soil drying process [J ] . Chinese Journal of Geotechnical Engineering , 2011 , 33 ( 8 ): 1271 - 1279 .

TANG C S , ZHU C C , QING Z , et al . Desiccation cracking of soils: A review of investigation approaches, underlying mechanisms, and influencing factors [J ] . Earth-Science Reviews , 2021 , 216 : 103586 .

张俊然 , 许强 , 孙德安 . 多次干湿循环后土-水特征曲线的模拟 [J ] . 岩土力学 , 2014 , 35 ( 3 ): 689 - 695 .

ZHANG J R , XU Q , SUN D A . Simulation of soil-water characteristic curve after multiple wet and dry cycles [J ] . Rock and Soil Mechanics , 2014 , 35 ( 3 ): 689 - 695 .

李文杰 , 张展羽 , 王策 , 等 . 干湿循环过程中壤质黏土干缩裂缝的开闭规律 [J ] . 农业工程学报 , 2015 , 31 ( 8 ): 126 - 132 .

LI W J , ZHANG Z Y , WANG C , et al . The opening and closing law of dry shrinkage cracks in loam clay during wet and dry cycle [J ] . Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering , 2015 , 31 ( 8 ): 126 - 132 .

熊东红 , 周红艺 , 杜长江 , 等 . 土壤裂缝研究进展 [J ] . 土壤 , 2006 , 38 ( 3 ): 249 - 255 .

XIONG D H , ZHOU H Y , DU C J , et al . A review on the study of soil cracking [J ] . Soils , 2006 ( 3 ): 249 - 255 .

熊东红 , 杨丹 , 李佳佳 , 等 . 元谋干热河谷区退化坡地土壤裂缝形态发育的影响因子 [J ] . 农业工程学报 , 2013 , 29 ( 1 ): 102 - 108 .

XIONG D H , YANG D , LI J J , et al . The influencing factors of soil crack morphology development in degraded slope land in Yuanmou dry hot valley area [J ] . Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering , 2013 , 29 ( 1 ): 102 - 108 .

蔡光华 , 薛强 , 刘松玉 , 等 . 湿干循环作用对压实黏土干裂特性的影响 [J ] . 工程地质学报 , 2014 , 22 ( 6 ): 1046 - 1051 .

CAI G H , XUE Q , LIU S Y , et al . Effect of wet-dry cycle on cracking characteristics of compacted clay [J ] . Journal of Engineering Geology , 2014 , 22 ( 6 ): 1046 - 1051 .

杨骥 , 王媛 , 冯迪 . 黏性土开裂的细观角度分析 [J ] . 科学技术与工程 , 2014 , 14 ( 6 ): 237 - 241 .

YANG J , WANG Y , FENG D . Microscopic analysis of cracking in clay [J ] . Science Technology and Engineering , 2014 , 14 ( 6 ): 237 - 241 .

谈云志 , 喻波 , 刘晓玲 , 等 . 压实红黏土失水收缩过程的孔隙演化规律 [J ] . 岩土力学 , 2015 , 36 ( 2 ): 369 - 375 .

TAN Y Z , YU B , LIU X L , et al . The pore evolution law of red clay shrinkage during water loss is verified [J ] . Rock and Soil Mechanics , 2015 , 36 ( 2 ): 369 - 375 .

许锡昌 , 周伟 , 陈善雄 . 南阳重塑中膨胀土脱湿全过程裂隙开裂特征及影响因素分析 [J ] . 岩土力学 , 2015 , 36 ( 9 ): 2569 - 2575 .

XU X C , ZHOU W , CHEN S X . Analysis of cracking characteristics and influencing factors of whole process of desiccation in expansive soil in Nanyang [J ] . Rock and Soil Mechanics , 2015 , 36 ( 9 ): 2569 - 2575 .

白露 . 潮湿环境土遗址病害调查及相关问题分析 [D ] . 北京 : 北京大学 , 2008 : 3 - 10 .

刘平 . 土建筑遗址表部干缩开裂机制研究 [D ] . 兰州 : 兰州大学 , 2009 : 167 - 171 .

王雨佳 . 三星堆土遗址潮湿环境下开裂机理试验研究 [D ] . 成都 : 西南交通大学 , 2018 : 72 - 73 .

曲瑾 . 三星堆古遗址土城墙开裂机理研究 [D ] . 成都 : 西南交通大学 , 2020 : 116 - 118 .

赵凡 , 姚雪 , 胡芮 , 等 . 三星堆祭祀区地表干缩开裂病害程度与土的性质的关联性 [J ] . 土木与环境工程学报(中英文) , 2025 , 47 ( 6 ): 95 - 105 .

ZHAO F , YAO X , HU R , et al . Correlation between desiccation cracking and soil properties in Sanxingdui sacrifice archeology site [J ] . Journal of Civil and Environmental Engineering , 2025 , 47 ( 6 ): 95 - 105 .

MA S C , YAO Y D , BAO P , et al . Effects of moisture content on strength and compression properties of foundation soils of cultural relics in areas flooded by the Yellow River [J ] . Frontiers in Materials , 2023 , 10 : 1186750 .

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