新郑门土遗址地处河南省开封市,宋城广场南侧的南郑门村。就目前勘察探测发现,遗留下来的涵盖有宋代城门遗迹与清代修葺的院落等文物。新郑门是北宋时期用来消除外来敌人入侵隐患的位于外城西墙墙体南段的一扇城门。该城门遗址为长方形,南北方向约160米长,东西方向约100米宽,为瓮门以及城门组合而成。考古发掘证明,仅在此处就涵盖了3座国都、2个省城及1个中原要塞重镇的遗迹:在地下3米深左右建有清开封城,5米至6米处是明开封城,约6米处有金汴京城,约8米处为北宋东京城,距地面10米左右为唐汴州城,10多米处又有魏国都城大梁城。该遗址的规模以及城摞城的层次之罕见,都被考古学家判定为是中华上下五千年的历史中独一无二的,是中华文明的瑰宝。目前,土遗址类保护研究多集中于既有地面遗址的劣化机理和保护方法研究,对地下遗址开挖及开挖后土遗址的土力学性能的研究,还是空白,且开挖的土遗址的含水率变化较大,对遗址的物理和力学性能影响较大,隐患较多。倘若不对其进行保护,土遗址表面就有极大可能出现干缩开裂、错落、倾倒、滑塌等形式的破坏。因此,对新郑门土遗址进行保护是刻不容缓的。本学位论文主要研究内容包括:(1)针对新郑门土遗址关键部位土体的力学特性,从遗址土发生破坏的内在机制为出发点,理清了新郑门土遗址所在区域的气候、地层岩性、水文、环境等工程特性及岩土工程条件。(2)为满足试验要求,对现有实验仪器进行了改装,测定了遗址土基本物理性质参数、单轴抗拉强度、及土体在50、100、150、200kPa围压下的三轴抗拉强度。对试验结果及数据进行处理分析后,用MATLAB分别拟合出粘聚力与含水率及内摩擦角与含水率的关系曲线,并引入到土的摩尔库伦模型中,为该类土的研究奠定了基础。(3)利用大型数值模拟有限元分析软件ABAQUS,分别建立了新郑门土遗址中关键柱子与危险边坡的模型,进而计算出了危险边坡在不同的工况下的安全系数,并与传统极限平衡法中杨布法所计算出的边坡稳定安全系数进行了对比,确定了边坡在不同条件下的稳定性。(4)利用ABAQUS中的温度应力模拟了柱子表面所发生的土体干缩开裂的现象,由模拟结果所得应力大小与试验测得土体的单轴抗拉强度进行对比分析,揭示了柱子发生干缩开裂现象的内在力学机制。研究结果均可帮助我们判断出遗址土的力学演变趋势,为土遗址的开挖和保护奠定了基础。