0.   引言

干缩开裂为潮湿环境土质考古遗址典型病害，干缩裂隙发育破坏土体完整性，造成地表遗迹不可辨识，威胁地下遗物安全保存，甚至诱发临空面结构失稳^[1]。三星堆遗址祭祀区地表揭露以后，直接暴露在保护大棚内部，短时间内发育严重的干缩开裂病害^[2]。为了探索病害治理方法，病害发育前期开展了裂隙灌浆小范围现场试验。由于病害发育尚未稳定，裂隙宽度和深度不断增加，导致浆材充填失效。为此亟需认识病害发育后期发展演化特征，为病害治理提供依据。

目前土遗址保护领域关于潮湿环境土质考古遗址干缩开裂病害研究薄弱，主要通过调查分析及试验研究，对于病害表现形式、影响因素、发育机理等取得了一定认识，然而对于病害发育进程尚不明晰^[3-4]。根据孙满利等^[5]在文物保护学理论中关于系统稳态结构变化对病害发育的影响，潮湿环境土质考古遗址揭露以后，赋存环境将由相对稳定的地下埋藏向不稳定的地上保存转变，土体温度场、湿度场、应力场等将发生突变直至与环境趋于平衡，直接影响干缩开裂病害发育进程。

关于黏性土干缩开裂发育进程问题，岩土工程等相关领域开展了较多研究，主要采用素土、改性土等制作的饱和泥浆或压实土小比尺模型，模拟单向蒸发及干湿循环条件下土体失水收缩过程，据此分析干缩裂隙发育阶段特点。例如唐朝生等^[6]通过南京下蜀土饱和泥浆试样形态观察，发现裂隙发育分为主裂隙形成初级块区、子裂隙形成次级块区、块区稳定后裂隙逐渐变宽并趋稳3个步骤；赵贵刚等^[7]通过云南红土压实试样裂隙特征参数分析，指出裂隙发展过程包括孕育期、形成发展期和稳定期3个阶段；王峰等^[8]等通过呼和浩特黏土掺加玄武岩纤维加筋土试样形态观察，发现开裂过程分为裂隙产生、网格形成、宽度扩展3个阶段。然而Li等^[9]认为上述研究方法采用模型比尺偏小，且忽略了真实环境中土体外围边界条件、水分空间分布及其与大气交换等因素的长期影响，无法客观反映干缩开裂发育进程。尤其对于土遗址而言，裂隙尺寸毫米级的变化将显著影响治理效果，裂隙发育至稳定的时间往往需要数年，要求精度较高且时序较长，同时裂隙发育与赋存环境关系密切，需要考虑环境因素的影响。类似研究尚无报道。

本文聚焦黏性土干缩开裂发育进程问题，以三星堆祭祀区考古遗址地表干缩开裂病害为对象，在遗址赋存环境、土的性质和病害特征调查基础上，选择病害特征典型区域进行现场原位监测，通过测区裂隙网络表面形态变化、测点裂隙宽度和深度变化、测区裂隙宽度和深度特点和病害监测区域赋存环境特征1 a的连续监测，分析了病害发育后期干缩裂隙发展演化特征，探讨了病害发育与赋存环境的关联性、裂隙尺寸变化的作用方式和裂隙灌浆方法治理病害的可行性。研究成果可以深化对潮湿环境土质考古遗址干缩开裂病害发育进程方面认识，科学指导三星堆祭祀区保护工作。

1.   研究对象

1.1   遗址概况

三星堆祭祀区考古遗址位于马牧河南岸Ⅱ级阶地边缘，发掘面积1202 m²，揭露6座祭祀坑和沟槽、小型圆形坑、房址等祭祀活动遗迹^[10]（图 1）。

图  1  三星堆祭祀区考古遗址平面图

Figure  1.  Archeological excavation site in sacrifice pits area Ruins site of Sanxingdui

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1.2   赋存环境

（1）地质环境

根据综合地质勘察结果，祭祀区地貌类型为冲洪积平原，地层由上至下为第四系全新统耕植土（${\text{Q}}_{\text{4}}^{{\text{pd}}}$）、人工填土（${\text{Q}}_{\text{4}}^{{\text{ml}}}$）、黏土（${\text{Q}}_{\text{4}}^{{\text{al + pl}}}$）、粉质黏土（${\text{Q}}_{\text{4}}^{{\text{al + pl}}}$）、砂卵石（${\text{Q}}_{\text{4}}^{{\text{al + pl}}}$）和第四系上更新统砂砾卵石（${\text{Q}}_{\text{3}}^{{\text{fgl + al}}}$）。地下水类型为松散岩类孔隙水，主要赋存于第四系砂卵石及砂砾卵石层，水位埋深常年在4.18~4.78 m，微承压，渗透系数为4.56~7.94 m/d，富水性等级为中等—强富水性。上层土渗透系数为2.07×10^-5~3.41×10^-5 cm/s，渗透性差。第四系覆盖层较厚，无不良地质作用。

（2）气象环境

广汉市属四川盆地中亚热带湿润气候区。根据2011年—2021年气象数据，近10 a平均气温为17.4℃，月平均气温7月最高，为26.5℃，1月最低，为6.6℃，极端最高气温为38.5℃，极端最低气温为-4.7℃。年平均相对湿度为79.1%，7月—12月月平均相对湿度在80%以上。年平均降雨量为883 mm，集中于6月—9月，占年降雨量77%。年平均蒸发量为1105.1 mm，3月—8月月蒸发量在100 mm以上。

1.3   土的性质

考古发掘揭露遗址为黏性土地层。2020年8月下旬，遗址揭露初期取表层（深度0.1 m）原状土样10件，为粉质黏土和黏土^[10]。2021年2月下旬，埋设土壤传感器时钻孔取地下2 m内不同深度扰动土样40件，均为粉质黏土。含水率距地表 0.6 m以上为7.4%~20.5%，随深度增加不断增大；距地表 0.6 m以下为20.8%~24.4%，变化不明显。

1.4   病害特征

2020年8月下旬，遗址地表揭露以后直接暴露在保护大棚内部，在夏季强烈蒸发条件下不断失水，短时间内发育严重的干缩开裂病害。该病害分布广泛，主要表现为大致呈竖向，相互交切的裂隙网络。图 2（a）为裂隙表面形态，根据其特点可将裂隙分为两类，一类为宽大且相互贯通的主干裂隙，相互之间交点倾向于“Y”形，将土体表层切割成较大的裂块；另一类为细小、贯通性较差的次级裂隙，与主干裂隙之间交点倾向于“T”形，将上述裂块进一步切割成较小的裂区^[10]。图 2（b）为裂隙断面形态，观察发现裂隙大致竖直向下延伸，部分裂隙下部收窄或偏折，形成张开段和闭合段。

图  2  裂隙形态

Figure  2.  Morphologies of fractures

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2.   监测方案

2.1   病害监测

（1）监测对象

选择遗址地表西北部作为病害现场原位监测区域（图 1）。该区域病害特征典型，且未经任何人为干预。按照随机抽样法，在监测区域内部选择4个边长50 cm的正方形样方作为测区，在每个测区内部选择5个主干裂隙样点作为测点（图 3）。测区采用内宽50 cm的带标尺方框作为定位标识，为了减小对土体正常收缩变形的影响，选用柔性泡沫材料在4个角点与土体固定。测点采用深度15 mm的圆帽图钉作为定位标识，为了避免对土体裂隙边缘产生破坏，控制插入点距裂隙面2 cm左右。

图  3  病害监测区和测点布置

Figure  3.  Monitoring area and points for desiccation cracking

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（2）监测内容及方法

土体干缩裂隙形态复杂，科学量化是其研究的前提^[11]。目前裂隙量化方法大致有两类：①数字图像技术，通过裂隙表面形态正射影像的数字图像处理，分析裂隙特征指标^[12]和变形情况^[13]；②尺寸测量方法，主要采用人工测量^[14]、体积置换（如石蜡灌注）^[15]等传统手段。近年来三维激光扫描^[16]、分布式光纤传感^[17]、高密度电阻率层析成像^[18]等新技术不断应用，但均存在一定局限性。通过对现有方法优缺点分析，结合干缩裂隙特征，制定了一套较为适用的监测方法。监测时段为2021年3月—2022年2月，时间1 a，其中测区1在2021年9月由于冷凝水滴溅破坏，监测工作中断。

监测内容及方法如下：

（1）测区裂隙网络表面形态。以各测区为对象，采用数字图像处理技术，第一步利用数码相机借助定位标识，记录测区正射影像；第二步采用Matlab自编程序，通过灰度图、分区阈值二值化、杂点去除、桥接、骨架化等裂隙图像处理流程（图 4），计算表面裂隙率、裂隙总长度、裂隙平均宽度、裂隙条数、裂隙节点个数、土块个数6项特征指标。监测时间为每月中旬。

图  4  裂隙图像处理流程

Figure  4.  Process of fracture image processing

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（2）测点裂隙宽度和深度。以测区各测点为对象，采用改进的人工测量方法，一方面利用千分尺（量程5~50 mm，精度0.001 mm），首次测量裂隙初始宽度W₀和两侧图钉钉帽内侧距离${W'_{\text{1}}}$，之后每次测量钉帽内侧距离${W'_n}$，将其与${W'_{\text{1}}}$的差值作为该次裂隙宽度增量$\Delta {W_n}$，避免频繁接触裂隙破坏测点土体细部形态（图 5（a））；另一方面利用自制测深杆，即具有一定韧性带刻度合金杆（直径1.5 mm，最小刻度1 mm），沿裂隙面垂直迹线插入底部测量裂隙深度D，该值实际为测点裂隙张开段向下延伸长度（图 5（b））。监测时间为每周周三。

图  5  裂隙宽度和深度测量方法示意图

Figure  5.  Measuring method for width and depth of fracture

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（3）测区裂隙宽度和深度。以测区每条裂隙为对象，综合采用上述两种方法：①基于测区裂隙网络表面形态数字图像，计算每条裂隙平均宽度；②利用自制测深杆，测量每条裂隙平均深度。监测时间为2021年4月、2021年7月、2021年10月和2022年1月中旬。

2.2   环境监测

（1）监测对象

考古发掘过程中，采用基于物联网技术的环境监测系统对遗址环境进行了全面监测。选择病害监测区域邻近环境监测点1—1作为监测对象（图 1）。

（2）监测内容及方法

a）地表空气。监测位置距地面高度0.2 m，监测指标为空气温度、相对湿度和蒸发量，温湿度监测终端型号MW370GD-LUX，蒸发量监测终端型号MW324EA，数据采集周期30 min。

b）地下土壤。监测位置距地面深度2 m范围，依次为-0.1，-0.2，-0.4，-0.6，-0.8，-1.0，-1.5，-2 m，共8个点位，监测指标为土壤的温度和体积含水率，监测终端型号MW307GD-M4，数据采集周期30 min。

3.   结果与分析

3.1   测区裂隙网络表面形态变化

首先根据测区正射影像，通过肉眼观察对比（图 6），初步了解裂隙网络表面形态变化情况。然后根据测区裂隙网络数字图像，采用Python识别每次与首次之间差异，分别用红色和绿色标识裂隙增大和减小区域（图 7），定性分析裂隙网络表面形态变化特点。最后根据测区裂隙网络特征指标，将各项指标及其增加率做图分析（图 8），定量分析裂隙网络表面形态变化规律。

图  6  测区3裂隙网络正射影像变化对比

Figure  6.  Orthophoto comparison of fracture network change in measuring area 3

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图  7  测区3裂隙网络数字图像随时间变化

Figure  7.  Digital image of development progress of fracture network in measuring area 3

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图  8  裂隙网络特征指标及其增加率随时间变化

Figure  8.  Change of characteristic indexes of fracture network and their increase rates with times

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由图 6，7可见，以测区3为例，裂隙网络表面形态变化主要包括主干裂隙扩展和次级裂隙延伸或萌生两方面。随时间增加，裂隙网络骨架结构基本稳定，裂隙区域总体不断增大，集中分布于部分既有主干裂隙两侧及少量新增次级裂隙位置，主要表现为部分主干裂隙宽度不断扩展，少量次级裂隙沿端点处间歇性延伸，方向未见明显规律，或者在主干裂隙交点处间歇性萌生，方向倾向于“T”形。

同时由图 8可见，随时间增加，6项特征指标及其增加率总体变化趋势基本一致，即前期不断增大，中后期增速逐渐减小或保持相对稳定。不同指标增加率大小差异明显，表面裂隙率最高，约为107%~114%；裂隙长度次之，约为105%~109%；裂隙条数、节点个数和土块个数较低，为105%左右；裂隙平均宽度最低，不足105%。根据各项指标的物理意义分析，表面裂隙率和裂隙长度反映了裂隙面积占比和总长度，这两项指标增加率最大，且前者高于后者，这与上述裂隙网络表面形态变化结果一致。裂隙条数、节点个数和土块个数综合反映裂隙网络空间分布的疏密程度、复杂性、连通性等，这3项指标增加率较小，间接表明裂隙网络骨架基本稳定。裂隙平均宽度反映了裂隙面积与长度的比值，该项指标增加率最小，分析主要由于表面裂隙率与裂隙长度共同增大所致，其仍保持一定增幅，说明主干裂隙扩展相比次级裂隙延伸或萌生明显。

此外相比小比尺模型干缩裂隙特征^[6-8]，上述裂隙网络骨架结构与其相似，但骨架尺寸更大。

3.2   测点裂隙宽度和深度变化

根据测点裂隙宽度和深度监测结果，将其增加量做图分析（图 9），分析主干裂隙宽度和深度随时间变化规律。

图  9  裂隙宽度和深度增加量随时间变化

Figure  9.  Characteristics of increment of width and depth of fractures with time

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由图 9可见，随时间增加，测点裂隙宽度由5.645~13.199 mm增大至7.546~20.388 mm，深度由6.9~29.7 cm增大至13.1~56.3 cm。其中裂隙深度实际为张开段长度，考虑到部分裂隙存在闭合段，推测主干裂隙尖端可延伸至1 m，即病害分布深度范围。

同时测点裂隙宽度和深度尺寸不同，其增加量大小和变化趋势表现出明显分化。根据各测点裂隙尺寸最大值数据结构，可将其划分为较大、中等和较小3个等级。对于较大宽度和深度的裂隙，宽度增加量约为6~9 mm，深度增加量约为18~27 cm，两者变化趋势略有差异，宽度表现为“快速增大期—慢速增大期—相对稳定期”3个阶段，深度表现为“快速增大期—慢速增大期—快速增大期—相对稳定期”4个阶段。对于中等宽度和深度的裂隙，宽度增加量约为1~6 mm，深度增加量约为7~14 cm，两者变化趋势与前述基本一致。对于较小宽度和深度的裂隙，宽度增加量约为1 mm，深度增加量约为2~5 cm，两者变化趋势相同，即前期略有增大，后期保持相对稳定。如果将宽度和深度首次达到最终值90%作为裂隙发育趋于相对稳定时间，则宽度相比深度更早趋于相对稳定。

此外相比小比尺模型干缩裂隙特征^[6-8]，上述裂隙自身尺寸及增加量更大，发育趋于相对稳定时间更长。

3.3   测区裂隙宽度和深度特点

根据测区裂隙宽度和深度监测结果，一方面将裂隙深度与裂隙网络表面形态数字图像叠加（图 10），了解裂隙宽度和深度空间分布特点；另一方面将裂隙宽度和深度做图分析（图 11），认识两者之间关系及其随时间变化规律。

图  10  裂隙宽度和深度空间分布特点

Figure  10.  Spatial distribution characteristics of width and depth of fractures

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图  11  裂隙宽度和深度之间关系

Figure  11.  Correlation between width and depth of fractures

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由图 10可见，以测区最后一次裂隙深度监测结果为例，主干裂隙和次级裂隙的尺寸大小分化明显，主干裂隙宽度在5 mm以上，深度大多数在10 cm以上，集中在20 cm以上，尺寸较大的主干裂隙往往相互贯通；次级裂隙宽度在5 mm以下，深度大多数在10 cm以下，集中在5 cm以下，分布于主干裂隙切割形成的裂块之间。

由图 11可见，测区裂隙宽度与深度呈正相关，可拟合为幂函数关系。随时间增加，幂函数的系数总体不断减小，指数不断增大，表现为趋势线后半段逐渐变陡，即深度与宽度的比值逐渐增大。说明对于尺寸较大的主干裂隙，随时间增加深度相比宽大增大明显。

3.4   病害监测区域赋存环境特征

根据环境监测结果，分别对地表空气和地下土壤各项监测指标做图分析（图 12），了解病害监测区域赋存环境特征。

图  12  赋存环境相关指标随时间变化

Figure  12.  Characteristics of related environment factors with time

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由图 12（a）可见，监测时段内，地表空气的温度日平均值为3.1℃~32.5℃，季节性规律明显，夏季高，冬季低，春季和秋季为过渡期；相对湿度日平均值为58.2%~94.4%，集中在70%~85%，夏季和秋季略高；蒸发量日值为0.5~3.9 mm，与空气温度变化趋势相似。

由图 12（b）可见，监测时段内，地下土壤的温度日平均值为7.0℃~28.6℃，变化趋势与空气温度相似。随深度增加，温度日平均值变化范围减小，波动减弱，夏季高温时段和冬季低温时段时间滞后。

由图 12c可见，随时间增加，地下土壤不同深度的体积含水率日平均值变化范围和趋势均表现出明显差异，其中表层（-0.1，-0.2 m）由16.03%~23.31%减小至10.99%~14.63%，减小量约为5%~9%，春季减小较快，夏季和秋季减小较慢，冬季趋于相对稳定；中上层（-0.4，-0.6，-0.8，-1.0 m）由29.20%~35.96%减小至22.48%~29.66%，减小量约为6%~12%，春季变化较小，夏季和秋季减小较快，冬季趋于相对稳定；下层（-1.5，-2.0 m）由29.31%~31.55%减小至28.48%~30.50%，减小量约为1%，夏季和秋季略高。整体上，在病害分布深度范围内，含水率随时间增加不断减小并趋于相对稳定，随深度增加不断增大。

4.   讨论

4.1   病害发育与赋存环境的关联性

干缩开裂病害发育进程与赋存环境变化关系紧密。选择裂隙尺寸变化明显的主干裂隙，对不同等级裂隙宽度和深度监测数据取平均值，计算其与各项赋存环境相关指标监测数据之间Pearson相关系数（图 13），据此探讨病害发育与赋存环境之间的关联性。

图  13  主干裂隙尺寸与赋存环境Pearson相关系数

Figure  13.  Pearson correlation coefficients of main fractures and different environment factors

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由图 13可见，在距地表 1 m范围内，土壤体积含水率与不同深度主干裂隙的深度呈极显著负相关，以极强相关为主；与较大和中等宽度主干裂隙的宽度呈极显著负相关；与较小宽度主干裂隙的宽度呈正相关。根据监测结果，随时间增加，土壤体积含水率总体不断减小并趋于相对稳定，主干裂隙宽度和深度也总体不断增大并趋于相对稳定，两者趋势相反。这与唐朝生等^[6]关于土体干缩裂隙发育过程的认识一致，即土体由上至下不断失水收缩，导致裂隙宽度和深度增大。说明在病害分布范围内，地下土壤含水率是主干裂隙发育的主控环境因素，裂隙尺寸越大，其影响作用越明显。

土壤温度与较大和中等深度主干裂隙的深度呈极显著负相关；与较小宽度主干裂隙的宽度呈极显著正相关。根据监测结果，对于较大和中等深度主干裂隙，土壤温度季节性规律明显，裂隙深度变化阶段性特点也明显，其中夏季温度升高，深度增速减缓，秋季温度降低，深度增速加快，该时段两者变化趋势一定程度相反。理论上温度通过土粒微观结构改变和土中水的形态变化影响土体收缩，根据潘斌等^[19]关于土体收缩特性温度效应研究，在临界温度35℃以下，随温度增加，土体收缩变形增大，进而促进裂隙发育。然而上述相关性分析结果与此理论并不相符，推测主要原因为较大和中等深度裂隙的变化非温度效应直接影响，而是由于该时段温度与主控环境因素土壤含水率变化趋势相似，导致数据分析产生共线性问题。同时对于较小宽度裂隙，春季和夏季温度升高，裂隙宽度增加，该时段两者变化趋势相似，可用上述土体收缩特性温度效应解释，说明温度对表层土体收缩影响明显；秋季和冬季温度降低，裂隙宽度保持相对稳定，应为后期表层土体含水率减小至接近缩限，裂隙发育基本停止所致。

地表空气温度和蒸发量两者均与较大和中等深度裂隙的深度呈极显著负相关；与较小宽度裂隙的宽度呈极显著正相关。由于两者均和土壤温度变化趋势相似，从而表现出较为一致的相关性。

本次基于1 a的连接监测数据，重点探讨了病害发育与赋存环境之间的相关关系。考虑到考古遗址存续生命周期的长期性和环境因素对裂隙发育影响作用机制的复杂性，从长时序时间尺度（3~5 a）分析环境因素随季节、气候等变化对裂隙发育的影响，对于干缩开裂病害治理具有重要指导意义，后期将持续开展相关研究工作。

4.2   干缩裂隙尺寸变化的作用方式

根据唐朝生等^[20]关于土体失水收缩特征研究，干缩裂隙本质为土体失水过程中体积收缩导致的结构形态变化。对于和遗址地表类似的结构性原状土，随含水率减小，收缩过程可分为“结构收缩—正常收缩—残余收缩—零收缩”4个阶段^[21-22]。监测结果表明，在病害分布深度范围内，土体含水率随深度增加不断增大，随时间增加不断减小并趋于相对稳定，由此不同深度土体将经历不同的收缩阶段。对于深度大多数在10 cm以下的次级裂隙，含水率初始已经减小至缩限，将经历“零收缩”阶段，表现为裂隙尺寸保持稳定；对于深度在20 cm以下的较小主干裂隙，含水率初始较小，前期不断减小，中后期趋于相对稳定并接近缩限，将经历“残余收缩—零收缩”阶段，表现为裂隙尺寸前期略有增大，后期保持相对稳定；对于深度在20~60 cm的中等和较大主干裂隙，土体含水率初始较大，前中期不断减小，后期趋于相对稳定，将经历“结构收缩—正常收缩—残余收缩”阶段，表现为裂隙尺寸前中期不断增大，后期保持相对稳定。

同时根据杜长城等^[23]提出的“裂块理论”，依据裂隙形态和尺寸，构建次级裂隙、较小主干裂隙和较大主干裂隙切割土体形成不同尺寸裂块的概化模型（图 14）。通常裂块在顶面和四周裂隙面水分单向蒸发作用下失水向心收缩，裂隙两侧产生水平方向张拉应力，导致裂隙间距扩展和尖端延伸，表现为宽度和深度增大。裂隙尺寸越大，裂隙面临空区域空间越大，蒸发作用越强烈，失水向心收缩产生张拉应力越大。实际裂块四周裂隙尺寸大小往往不同，导致各方向失水向心收缩不均匀。其中同一轴线两侧裂隙张拉应力大小存在差异，裂块最大主应力朝向尺寸较小裂隙一侧，由于牵拉作用对该侧产生一定挤压，抑制正常张拉变形。宏观表现为裂隙尺寸越小，宽度和深度变化越不明显。

图  14  干缩裂隙尺寸变化的作用方式示意图

Figure  14.  Variation in size of desiccation cracking at various depths

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4.3   裂隙灌浆方法治理病害的可行性

为了探索干缩开裂病害治理方法，前期初步分析认为，遗址地表上方保护大棚阻断了大气降水及地表水补给，下方毛细水补给微弱，土体水分迁移以单向蒸发为主，将不断接近干燥环境。为此借鉴干燥环境土遗址保护成熟方法，在2020年11月开展了第一次裂隙灌浆小范围现场试验。根据灌浆材料筛选试验结果，选用掺加10%天然水硬性石灰（NHL5）的遗址土，分别配置水灰比为0.3，0.48的浆材Ⅰ和Ⅱ，试样结石体28 d龄期收缩率前者为0.49%~0.62%、后者为0.73%~0.96%。灌浆操作大致为，首先采用浆材Ⅰ封闭裂隙开口，并埋设注浆管，注浆管优先布置于主干裂隙交点，控制最大间距约10 cm；然后采用浆材Ⅱ灌注裂隙内部，通过注射器逐点由下至上间歇式注浆；最后拔除注浆管，采用浆材Ⅰ修补注浆孔。对于宽度5 mm以下的裂隙，考虑到自身可灌性较差，仅采用浆材Ⅰ封闭裂隙开口。图 15为第一次裂隙灌浆试验照片，观察发现灌浆后初期浆材充填效果较好，约半个月局部与裂隙两壁逐渐分离，约2个月部分陷入裂隙内部。分析主要原因为试验过程中病害发育尚未稳定，裂隙宽度和深度不断增加导致浆材充填失效。关键在于对病害发育进程认识不足，不明确病害发育后期发展演化特征，进而未能准确判断病害发育“稳定阶段”，无法为选择合适灌浆时间提供依据。同时，浆材充填失效区域主要为宽度较大的主干裂隙，说明此类裂隙为病害治理的重点对象，也与前述病害发育监测结果一致，即裂隙尺寸越大，其增加量越大。

图  15  第一次裂隙灌浆试验

Figure  15.  First grouting experiment

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鉴于第一次裂隙灌浆试验失败的教训，根据病害发育及赋存环境监测结果，综合判断监测结束时病害发育相对稳定，遗址地表接近干燥环境土遗址。为此仍用上述病害治理方法，在2022年3月开展了第二次裂隙灌浆小范围现场试验。以第一次试验区为对象，清除主干裂隙填充的失效浆材，采用相同的浆材和工艺进行第二次灌浆。图 16为第二次裂隙灌浆试验照片，观察发现灌浆后1 a浆材填充效果良好，仅有少量裂纹产生，取得了较好的治理效果。由此初步证明，采用裂隙灌浆治理该病害从方法层面基本可行，也验证了王旭东^[1]提出的通过水环境控制将潮湿环境土遗址保护问题转变为干燥环境土遗址保护问题的理念。

图  16  第二次裂隙灌浆试验

Figure  16.  Second grouting experiment

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需要强调，裂隙灌浆治理病害可行的前提是病害发育相对稳定，其建立在主控环境因素土壤含水率也保持相对稳定基础上，即在外部环境不变的情况下，土体水分上部蒸发散失和下部毛细补给之间达到动态平衡。考虑到目前未对遗址赋存环境采取有效的调控措施，上述动态平衡非完全稳定状态，可能因为外部环境改变而破坏。例如在全球气候变化背景下，受强降雨、洪涝、干旱等影响，地下水环境发生较大改变，或者由于保护大棚年久失修，上部冷凝水滴溅、外部地表水渗流、顶面雨水渗漏等严重破坏，导致病害发育进程变化。针对上述潜在的风险和挑战，建议病害治理不仅需要采用裂隙灌浆等方法被动干预病害发育结果，而且有必要采用稳定地下水环境、地上大气环境等措施主动控制病害发育进程。

5.   结论

（1）在遗址地表干缩开裂病害发育后期，裂隙形态和尺寸变化主要表现为部分主干裂隙不断扩展及少量次级裂隙间歇性延伸或萌生，主干裂隙宽度和深度总体不断增大并趋于相对稳定，其尺寸越大，增大越明显，宽度相比深度更早趋于相对稳定。

（2）地下土壤含水率随深度增加不断增大，随时间增加不断减小并趋于相对稳定。该指标作为主干裂隙发育的主控环境因素，裂隙尺寸越大，其影响作用越明显。

（3）在土壤含水率时空变化驱动下，不同深度土体经历不同的收缩阶段，加之裂块自身应力调整，抑制尺寸较小裂隙发育，导致干缩裂隙尺寸变化呈现出时空分异性。

（4）针对遗址地表干缩开裂病害，采用裂隙灌浆进行治理从方法层面基本可行，关键在于选择裂隙发育相对稳定时间。