对话孔德泉博士：长安大学科研人员在中国土遗址修复领域的最新进展

近期，我们有幸邀请到孔德泉博士，与我们讨论他和他的团队在Hindawi期刊Advances in Materials Science and Engineering上发表的题为Study on Restoration Materials for Historical Silty Earthen Sites Based on Lime and Starch Ether的论文。

孔德泉博士现为长安大学建筑工程学院副教授，工学博士后，美国宾夕法尼亚州立大学访问学者，主要从事土遗址保护修复、地下能源利用、土的本构关系、土工复合材料等方面的研究。

在采访中，孔博士详细介绍了他和他的科研团队在中国土遗址保护修复方面的最新进展及其研究的重要意义。

Q

可以介绍一下您的研究背景吗？

土遗址的保护修复是我目前主要的研究方向。土遗址是古人就地取材，以土建造而成的历史遗迹。中国是四大文明古国，境内土遗址分布广泛，长城、统万城和西安明城墙等都是著名的土遗址代表。土遗址是人类历史文化的重要载体和象征，具有很高的历史价值、艺术价值以和科学价值，其保护修复的研究意义重大。

Q

是什么让您对中国的历史遗迹和古建筑产生兴趣？

中国悠久独特的历史文化总是令人着迷。本人虽是工科专业，但一直对人文历史颇感兴趣。一次偶然的机会接触到了土遗址的保护修复工作，发现自己的专业知识能与历史古迹保护相结合，确实令人高兴。土遗址是不可再生的珍贵文物，每一处土遗址都有自身独特的故事，是历史的见证者，也是文明的传承者。保护这些流传千百年的土遗址，就是保护和弘扬中华历史文化。作为一名科技工作者，能参与到这样的研究中去，并能将兴趣融入工作，实为一件幸事。

Q

这些土遗址当前面临什么样的挑战？

土遗址作为不可复制和不可再生的文物，相对于其他文物有着鲜明的特点。土遗址普遍体量巨大且露天保存，受环境影响显著。土遗址材性较差，在长期环境荷载作用下会更加劣化，造成裂隙、掏蚀、坍塌和脱落等病害常发，严重影响其稳定安全，亟待加强保护修复。

但是对于传统岩土工程而言，土遗址的保护修复是个新的课题，两者在研究对象、内容和目的等方面都存在显著的区别。很多常规方法都难以满足文保部门所要求的“最小扰动，修旧如旧”等相关原则。例如传统的注浆材料会改变土遗址的外貌，锚杆加固会对土遗址产生新的损伤等。所以如何在遵循文保规定的前提下，根据土遗址文物属性和工程特性寻找适宜的修复材料和工法就显得尤为重要，这也是研究的难点和挑战。

Q

您的研究目的是什么？您希望通过研究解决哪些问题？

目前的研究旨在解决土遗址修复中的材料和工法问题。土遗址大多都是夯筑而成，工法方面关键在于搞清楚夯击次数、锤重和落距对夯实效果的影响规律，并以此来指导确定最优的夯实工艺。土遗址对修复材料的要求特殊而严格，不仅要天然环保，性能尽可能接近于原土，其耐久性更是突出的问题。此外，土遗址作为不可再生的文物，不能过多取样开展室内试验，原位试验更是受到限制难以进行。因此数值计算是土遗址研究中不可或缺的重要手段，找到适宜的夯土本构关系则是需要解决的核心问题。

Q

您可以和我们讲一下研究中做了哪些试验和测试吗？

目前研究中的试验和测试也是围绕着上述主要问题进行的。首先开展了原遗址土的物理、力学和耐久性指标测试，这是后续研究的基础。然后是变因素击实试验和材料改性试验，分别针对工法和材料研究。在结果分析和机理解释方面开展过氮吸附、压汞、X衍射、电镜等相关测试。土遗址研究中有些试验并非传统或常规的试验，需要探索和尝试。例如变因素击实试验没有现成的设备，就只能自行设计加工，目前已投入使用并获批专利。再如耐久性测试，也是通过自制装置来开展风沙侵蚀试验的。这些试验虽然增加了工作量和难度，但对创新思维和动手能力都是很好的锻炼。看到一件件新设备被设计制作出来，并将一个个问题顺利解决，还是很有成就感的。

Q

您的主要研究发现是什么？

通过夯筑工法的研究发现，锤重和击数对干密度的影响要大于落距；击实功较小的情况下，击数的影响效果明显，击实功较大的情况下，锤重的影响效果明显。当采用“中等锤重，多遍击实”时，土样的击实效果最佳，并给出了不同击实功时锤重、击数和落距与土样干密度的经验公式。试验结果显示，采用适宜工法夯筑而成的仿制土样与原遗址土相比，各项工程性质指标均相近或更优，复原效果较好。

在材料改性方面，聚丙烯纤维石灰改性土或淀粉醚石灰改性土的各项工程性质指标与原遗址土相近或稍优。环境耐久性试验表明，聚丙烯石灰改性土样的环境耐久性整体较优，其次是淀粉醚石灰改性土和木质素改性土。其中淀粉醚石灰改性土的水稳性较好，木质素改性土的抗风沙侵蚀能力较优。考虑到聚丙烯石灰改性土的耐久性好，抗剪强度高且压缩性小，此外材料价格低廉，易于取用，外观与原遗址土也较为相似，因此可将其作为土遗址修复的优选材料。

在本构关系的研究中，通过超固结度指标将静力压实和动力夯实之间建立联系，将夯土视为相对应的高超固结土样。基于UH本构模型模拟了遗址土的应力-应变关系，并与实测数据进行了对比验证。结果表明模型计算科学合理，能够反映遗址土的基本力学特性。

Q

这些研究发现有什么现实意义和价值？

研究过程中所发现的夯筑工法中的规律和公式可以指导土遗址修复工程的现场夯筑工艺，确定关键的参数和流程。所优选出的材料可用于土遗址的修复加固，不仅环保经济，其物理力学性能、耐久性和外观质地也都与原遗址较为相似，能够达到较好的修复效果。有关本构关系的研究可为土遗址数值计算提供适宜的模型支持，有助于提升计算的科学性和精准度。以上研究成果均具有较好的现实意义和实用价值。

Q

您目前的研究重点是什么？

团队在对土遗址的长期研究中发现了很多问题，目前所关注的重点有三个方面，一是微生物加固法在土遗址修复中的应用，二是土遗址裂缝修复的注浆工法和材料研究，三是环境因素对土遗址的性能影响研究。团队成员将在之前研究的基础上努力工作，争取早日取得成果，为我国土遗址的保护和修复，为中华历史文化的传承多做贡献。