深入研究青海明长城夯土遗址有着怎样的特性？

谈及明长城，民间有“东起山海关、西至嘉峪关”的说法，而对青海境内明长城情况，人们知之甚少。青海境内明长城始建于明嘉靖二十五年(1546)，主要由夯土墙、壕堑、敌台、关堡和烽燧等形式构成。经历400余年岁月的更替和自然的变迁，大量的遗址已消失殆尽，只有部分得以遗存。遗存着的明长城遗址，长期以来，受自然等因素的影响，许多遗址发生变形破坏甚至倒塌毁灭。因此，应用地质工程学科的理论和方法对其进行系统研究，为青海境内明长城遗址保护提供有益参考，是件很有意义的事情。

一、建造特征

明代在不断总结经验的基础上，秉承了“因地制宜、就地取材”的原则，建造技法以“夯土版筑”为主，每版宽度大致在2-4m左右，夯土层厚0.12-0.20m，墙体上有栣木，栣木直径不等。明代长城的修筑技艺集历代之大成，在结构工艺、用料、修筑质量及防范措施都有了较大的改进和提高。首先，在用料方面，先选土并翻土，经一年多的风吹日晒，减少土内的盐分，然后运至所筑长城之处，用雨水或河水拌土夯筑，筑墙时做到筑夯的力度技巧。其次，为使长城坚固，筑城者先开挖基槽，逐层夯筑，直到所需高度。从目前保留下来的长城城墙来看，石夯锤与版筑法的广泛运用，保证了长城的夯筑质量。

二、物理性质特征

物理性质是量化研究夯土性质的重要指标之一，包括天然含水量、天然密度、比重、孔隙率和颗粒粒度组成等内容。通过对青海境内大通、湟中和门源境内明长城取得的原状样品进行的物理性质相关实验(表1、表2)，表明青海境内明长城具有以下一些特征:首先，夯土体材孔隙较为发育，因此含水量受雨水影响较大，当降雨过后，大量雨水渗入土体的空隙中，造成土体的含水量居高不下，而伴随着强烈的蒸发作用，土体含水量很快恢复到较低的水平。其次，夯土中粘粒含量较少，分布于14-17%之间，级配多属不良，不均匀系数多位于11-19之间，曲率系数位于1-6之间。再次，土体天然密度不一，在1.51-1.88之间分布，表明夯筑时夯筑力度与技法存在较大差异。基于以上三点实验，不难分析得出以下结论:由于明长城就地取材和人工夯筑的建造特征，导致其物理性质存在较大的差异性和不均一性，从而在含水率、孔隙率、孔隙比、干密度、液限、塑限、塑性指数、比重、崩解速度等工程地质性质指标的数值上表现出较大的离散性。

三、水理性质特征

水理性质是反映土体水稳性的重要指标参数，包含崩解性质和稠度性质两个方面，是了解土体相态变化的基本方法。青海境内大通、湟中和门源明长城取得的原状样品的崩解实验和界限含水量实验结果表明(表3):3处的夯土崩解速度都较大，位于11-40.13%之间，其中门源夯土崩解速度最小，而湟中较大;3处夯土的液限含水量分布比较均匀，在16.69-19.8%之间;液限含水量分布则较为离散，在27.66-33.93%之间分布。鉴于青海境内几处明长城遗址夯土的水理特性表现出的上述特征，夯土材料的耐水性较差，在降雨的影响下，很容易发生饱和，从而引发双电层之间产生斥力，使土颗粒的微观结构产生破坏，导致土质由固态向液态发生转变，在遗址表面发生一定距离的流动和蠕动，进而在长城夯土表面形成冲沟和片状剥蚀等。

四、力学性质特征

力学性质又称强度，是与土遗址稳定性密切相关的重要参数，包含抗压强度、抗拉强度和抗剪强度三个方面，是土遗址变形破坏的直接判据，试验结果表明(图1、图2):青海明长城夯土体抗拉抗压强度较小且具有明显的各向异性，表现为垂直方向的抗压强度高于水平方向的抗压强度;垂直方向的抗拉强度则低于水平方向的抗拉强度;在土体的夯筑过程中累计击实功最大，垂直层面上的承载力远远大于平行层面。抗剪强度总体来说较低，同时体现出随着正应力增长而线性增长的趋势;湟中、大通夯土内聚力和内摩擦角的数值均较小，而门源明长城夯土的抗剪强度数值较为异常，最大可达400Kpa，内聚力和内摩擦角的数值均超出一般粉质粘土的均值范围。

要对土遗址实施有效地保护，必需从掌握土遗址的构筑材料性质开始。本研究以湟中、大通和门源境内的明长城夯土为例，从夯土的物理特性、力学特性、水理特性等几方面对青海境内的明长城开展研究，旨在为日后的文物保护提供借鉴依据。总体说来，青海境内明长城遗址夯土材料的力学性质较差，这与当时的夯筑工艺、取材以及多年的环境变迁有着极为密切的关系。

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