中原地区土遗址多为粉土或粉砂土夯筑。由于遗址粉土或粉砂土等具有较强的水敏性,长期暴露在自然条件下的遗址本体极易产生劣化、裂缝和坍塌等病害,有的遗址甚至岌岌可危,土遗址预防性保护显得十分紧迫。而保护土遗址的关键在于加固材料是否应用得当,因此开展土遗址修复材料的研发工作具有重要的理论和现实意义。本文为研发水硬性石灰替代材料,提高传统石灰土在土遗址修复中的改良效果,以河南地区典型粉砂土为研究对象,制备4种石灰及4种偏高岭土掺量下的改性土试样,养护至预定龄期后进行无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,并与水硬性石灰土进行对比分析。同时对部分土样进行SEM与XRD等微观测试,明晰其强度特性的内在微观机制。研究可为土遗址预防性保护提供理论与技术支撑。主要研究内容及结论如下:(1)对不同掺量下的石灰-偏高岭土以及水硬性石灰土进行了击实试验。结果表明随着偏高岭土掺量的增加,最优含水率逐渐增大,最大干密度逐渐减小;从击实曲线可以看出,偏高岭土的掺入有效抑制了石灰土的水敏性,且相较于水硬性石灰,石灰-偏高岭土材料抑制土体的水敏性效果更好,更加有利于现场施工。(2)通过无侧限抗压强度试验绘制轴向应力-应变曲线并对其进行分析,发现改性土应力-应变曲线均属于软化型,且均呈现应变硬化和应变软化两个阶段;当养护龄期及石灰掺量一定时,随着偏高岭土掺量的增加,破坏应变逐渐增大且明显大于石灰土。表明了石灰-偏高岭土改性土具有良好的“韧性”。与水硬性石灰对比分析发现,在养护龄期为28天时,掺入6%石灰+4%偏高岭土和8%石灰+4%偏高岭土时,L-MK改良土的破坏应变分别与8%以及10%水硬性石灰破坏应变相当。(3)对试样破坏特征进行分析可知,无侧限抗压强度试样破坏特征主要表现为:锥形破坏、圆弧形破坏、单一剪切面破坏以及劈裂脆性破坏。随着偏高岭土掺量从0%增加至12%时,其破坏特征从圆锥形破坏逐渐演化为劈裂脆性破坏。此外,石灰土以及水硬性石灰改性土土均呈现圆锥形破坏形式。而劈裂抗拉强度试样破坏特征均呈现典型的劈裂破坏特征,主要表现为试样产生一条近似于90°的主裂缝,破坏后试样从中间断裂成两半,破坏表面呈现凹凸不平现象。(4)通过分析力学强度结果发现,劈裂抗拉强度随着偏高岭土掺入量和龄期的增加而逐渐增大,且高于石灰土的强度。与水硬性石灰比较,在养护28d龄期后,掺入6%石灰+4%偏高岭土和8%石灰+4%偏高岭土时,达到了8%和10%的水硬性石灰强度值;改性土的抗压强度同样呈现随着龄期以及掺入量的增加而增大的变化规律,符合规范《Building lime》(EN459-1/2010)对水硬性石灰NHL2的强度等级要求;对比分析抗压强度与抗拉强度之间的关系得出,石灰-偏高岭土的无侧限抗压强度约是抗拉强度的7.63倍;水硬性石灰的抗压强度约是抗拉强度的6.91倍。(5)分析强度增长率得出,掺入4%偏高岭土时,劈裂抗拉强度与无侧限抗压强度均出现了明显的“分段性”,即随着石灰和偏高岭土的掺量增加强度增长率呈现先增加后减小的趋势。因此,从强度值和强度增长率角度考虑,建议选用6%~8%的石灰和4%的偏高岭土。(6)根据XRD试验结果得出,石灰-偏高岭土反应产生了一系列水化物,包括氢氧化钙和水化铝酸四钙等胶凝物质。通过SEM试验对改性土进行定性和定量分析,发现随着掺量的增加土体结构越来越密实,土体强度也逐渐增强;对SEM图像进一步定量分析得出,土颗粒间孔隙含量及平均等效直径均随着掺量的增加呈逐渐减小的趋势,且孔隙呈现出非定向排列。这亦与掺入偏高岭土后的石灰土的抗压强度及抗拉强度变化规律相呼应。(7)综合分析试样破坏应变、无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、强度增长率及规范《Building lime》(EN459-1/2010)对NHL2的强度要求,建议采用6%L+4%MK和8%L+4%MK分别替代8%NHL和10%NHL用于土遗址修复。