作为“古丝绸之路”上的政治、文化、宗教、贸易中心,高昌故城有着相当高的历史、考古和科学价值,在历经宗教冲突、战火毁坏和两千多年的风雨剥蚀、阳光曝晒、地震活动、人为破坏以及不科学的保护利用下,遗址逐渐经历多种病害发育到濒临消亡的量变到质变的过程,而地处地震多发区和高烈度区使其结构稳定性成为一大隐患。目前土遗址加固保护工程侧重于抢救性工作,缺乏对未来地震影响的考虑,而且对病害的认识局限于静止状态,对病害的演化机制缺乏深入的认识,地震作用下动力响应和病害作用机制问题亟待解决,对历经病害演化和地震作用下土遗址稳定性的变化缺乏研究。本论文针对上述关键问题通过实地考察、土力学试验和数值计算、理论推导相结合的方法,探索性地开展了如下研究工作并取得了相应的研究成果:(1)对西北五省大跨度地域分布的“丝绸之路”遗址土开展三轴剪切试验、轴向压裂试验和动三轴试验,获取其抗剪、抗拉强度和动应力应变关系、阻尼特性,进而对高昌故城遗址土的特性进行对比分析;经现场勘察测绘并详细统计了高昌故城大型夯土结构遗址群的建筑形制和病害表观特征,以吐鲁番盆地遗址区的环境特征和遗址土的物性参数为基础,根据土体内部组分对环境特征变化的响应规律推断高昌故城的病害演化机制。(2)以高昌故城大型夯土结构遗址群为样本,结合现场勘察测绘的建筑形制和文史资料给出原始几何形状及参数,进而量化各类病害特征量的变化速率;结合数值计算、理论推导得到了典型的失稳模式和病害特征对结构关键部位及整体稳定性的影响规律,进而厘定了地震作用下动力响应与病害的作用机制。(3)采用拟静力理论分析方法给出了基于各类病害特征在自重作用下稳定系数和在水平地震作用下抗倾覆稳定系数,结合稳定系数和病害性态指标演化参数研究了高昌故城稳定性的变化;研究了典型的本体结构组合体系在地震作用下稳定状态和破坏模式,结合历经病害演化下稳定性的变化对高昌故城遗址群的抗震稳定性进行了综合评价。本论文研究受国家自然科学基金面上项目:丝绸之路土遗址文物地震破坏机理与灾变控制方法研究(51678545)资助,研究成果将为高昌故城加固保护工程进行全面论证和整体规划产生积极意义,为西北土遗址抗震防灾和加固防护研究提供参考资料。