本文是一篇土木工程论文，本研究通过野外现场调查、室内实验以及数值模拟方法，对锁阳城遗址中栣木的作用进行了深入探讨。通过对相关文献书籍资料的整理分析，厘清了土遗址所蕴含的历史文化价值及其保护的科学意义。
第一章绪论
1.1研究背景和研究意义
1.1.1研究背景
中国作为世界四大文明古国之一，拥有博大精深的历史文化和丰富的遗产资源，自华夏文明起源以来，中华大地的各族先民为我们留下了数之不尽的物质文化资产，土遗址便是其中之一[1]。分布各地的土遗址是历史见证，也是中华文化艺术价值的体现[2]，对中华民族历史的追根溯源，文化的积淀、传承与创新有着不可估量的意义。不仅承载国家和民族记忆，对国家认同和人民自尊有深远影响[3]，它作为以土为主要建筑材料的历史遗迹，具有重大的历史、艺术、科学、社会和文化价值[4]。它们清晰展示了历史影响，并对我们提出了责任：深刻理解土遗址重要性，传承其使命。
土遗址广泛地分布在世界各地，截至目前，被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录的文化遗产数量超过1000处[6]，超过1/3的文化遗产为土质建筑遗址。我国有不可移动文物76.7万处[7]，其中约有1/3为土建筑遗址[8]。土遗址属于不可移动文物，数量大，种类多，组成复杂，它还广泛分布在中国的西北干旱区和半干旱区，并且主要采取夯土，土坯等工艺建造而成[9]。
1.2研究现状
土的类型不同，颗粒组成各异，导致其力学强度和抵抗外力的能力存在显著差异[11]。它易受破坏，主要涉及遗址自身，如材料、工艺、形制等，这些因素决定了遗址的病害程度[12]。国内对土遗址保护的研究工作起步较晚，国内外学术界对土遗址中栣木产生的影响作用的研究相对有限，考古发现和文献资料为我们提供了线索，在《营造法式》等古代工艺技术著作中，系统地阐述了栣木在建筑中的应用，包括栣木的工具、工艺流程以及质量标准等，反映了其在古代夯土建筑中的重要地位。
1.2.1有关栣木的文献书籍记载
最早有关栣木工艺的记载，是在宋代李诫《营造法式》中筑城之制提到“每筑高五尺，横用纴木一条”[13]，并详细了栣木在筑城中的使用方面，包括了栣木的长度、直径以及在筑城高度每达到一定标准时横用的数量和规格。阎文儒[14]在《河西考古杂记》里就有叙述“中杂苇草，顶露木椽”、“山上有墩，高五公尺五公寸，每六公寸五分夹苇草一层，并间杂以木椽”、“四角有木露出”等，表明木头在河西的土遗址中便普遍存在。
潘谷西[15]在《营造法式》解读一书中认为了墙中采用了立木柱再加横向栣木的办法可以加强房屋的夯土墙与土坯墙。详细阐述了永定柱、夜叉木以及栣木的尺寸规格，并对其在城墙结构中的定位及其应用进行了深入探讨。永定柱的长度为40尺，夜叉木为36尺，二者均需埋入地下，城墙每增高五尺，便需使用一条纴木，对于40尺高的城墙而言，共需使用8条。这三种构件共同构成了城墙的木构架体系，对城墙的高度与宽度起到了关键性的控制作用。潘谷西推测，永定柱与夜叉木可能以每75尺为一组，与版筑模板存在关联，可能是作为模板的支撑点。如果此推测得到证实，则表明这些木材仅在施工过程中发挥作用，对城墙的长期结构稳定性并无影响。也就是说，永定柱、夜叉木及栣木在城墙结构中的功能，仅限于满足施工期间的需求，而对城墙的长期结构性能并无明显的影响。
第二章研究区赋存环境与遗址栣木的形制特征
2.1锁阳城遗址概况
锁阳城遗址主体处于甘肃省瓜州县锁阳城镇桥子村南坝二队南缘，地处疏勒河古河道东岸的典型砾质戈壁地貌单元，其地理坐标约为东经96°12′，北纬40°15′。锁阳城遗址的地理位置如图2-1。
锁阳城遗址坐落于锁阳城镇桥子村南坝二队以南约7 km处，其西北方向距县城62 km，正西方向距锁阳城镇22 km，南侧与长山子北麓的碱泉子河口相距约7 km，东侧与东千佛洞石窟相隔22 km。
它占地超8×105 m2，具有隋唐城建特征，包括内城和部分外城。外城保存状况差，北墙较完整，残存约一半，东西墙仅剩三分之一，南墙仅存低矮环墙。墙体基宽8-14 m，顶宽3.2-4.5 m，残高4.5-6.5 m。内城保存完整，呈长方形，周长2102.9 m。墙基宽4.5 m，顶宽2.8 m，高3.2-4.5 m。
2.2区域地形地貌
瓜州县域内存在三种主要地貌类型，包括山区、戈壁以及走廊平原，其详细分类及特征如下所述：
（1）北截山与鹰咀山北部戈壁带发育典型条带状山系，其中主脉南北截山呈近东西走向，北东东向延伸，形成4-10 km宽度的低山丘陵带。该山系现处于夷平阶段，长期受强风蚀作用剥蚀，表现为海拔1259-1750 m、相对高差50-150m的地势特征。山体形态整体呈现北陡南缓的不对称结构，经持续剥蚀作用后山脊线已渐趋平圆。
（2）北部戈壁倾斜平原发育于马鬃山西部及疏勒河北的广阔戈壁地带，地貌主体呈东西走向的平行断续中低山残丘带，海拔约2000 m，相对高差30-300 m。该剥蚀地貌系新构造运动与干旱风化长期作用所致，残丘间高差梯度揭示差异隆升特征，坡面岩漠化现象印证极端侵蚀环境。
（3）南部戈壁倾斜平原涵盖榆林河绿洲地带，按成因-形态分类体系可细分为3类次级单元：昌马洪积扇前缘过渡带、踏实冲积扇复合体及疏勒河下游干三角洲平原。其空间分异受构造抬升与间歇性洪水冲淤耦合作用控制，扇缘带与干三角洲沉积层序差异揭示第四纪水文波动对地表塑造的阶段性特征。
锁阳城遗址该遗址坐落于河西走廊构造带内的踏实复合冲洪积扇体，受南北向截山构造的夹持影响，主要由榆林河第四纪冲洪积沉积物构成。其海拔范围为1259-1750 m，地表坡度介于3-5‰之间，中上部的冲沟网络（切割深度为3-7 m）形成了破碎的地形面。水文系统表现为扇缘地下水露头通过黄水沟-芦草沟水系排泄至瓜州冲积平原，浅层地下水作用区域存在盐分表聚现象，局部地区发育有季节性积水洼地。
第三章加筋栣木夯土试样受压应力应变研究......................26
3.1实验设计....................26
3.1.1试样制备.................................26
3.1.2试样设置..................................27
第四章栣木加筋墙体的动力模拟位移响应分析....................44
4.1模型概况..........................44
4.2地震波选取.........................44
4.3边界条件及参数确定........................45
第五章考虑掏蚀的加筋夯土墙的静荷载数值分析..........................56
5.1模型概况......................56
5.1.1模型建立................................56
5.1.2参数选取及边界条件.....................57
第五章考虑掏蚀的加筋夯土墙的静荷载数值分析
5.1模型概况
在锁阳城遗址的内城北墙中，掏蚀病害较为突出，其最大掏蚀深度达到1.10m，平均掏蚀深度为0.37 m。内城东墙的掏蚀深度同样如此，最大掏蚀深度为0.80m，平均掏蚀深度为0.40 m。为了精确评估不同掏蚀深度对结构稳定性的影响，本章节对掏蚀病害进行了适当的深度扩大，并简化为单侧墙体掏蚀模型，开展了数值模拟分析[34]。
5.1.1模型建立
为了更好地对比，本章同样选择锁阳城遗址南墙适当简化而构建的3维模型（如图5-1），墙体模型顶部宽度为3.5 m，底部宽度为7.0 m，墙体高度为12.6m，取墙体长度为10 m，夯墙体中栣木横向间距250 cm，每排纵向间距设置为160 cm，栣木的直径为16 cm。
本研究采用单侧掏蚀力学模型进行数值模拟分析，以立面掏蚀剖面为参照高度，确定了3.95 m的掏蚀高度，并选取0.55 m、1.35 m、2.15 m、2.75 m、3.3 m作为根部掏蚀深度。如图5-1所示，本研究构建了一个3维扩展有限元模型，通过构建扩展域计算边界，有效消除了边界效应的干扰，精准重构了墙体掏蚀病害的应力场演化机制。同时，为模拟栣木对墙体的作用影响，本研究选取了3种模型进行对比分析，分别为：(a).无栣木模型；(b).栣木中间连通模型；(c).栣木中间未连通模型。
其中，模型a和模型c均采用“井”字型排布（详见4.3.5小节），与模型b的区别在于，模型c中横铺的栣木并非连续，而是由两根对齐但内端间隔0.5 m的栣木组成。
第六章结论与展望
6.1结论
本研究通过野外现场调查、室内实验以及数值模拟方法，对锁阳城遗址中栣木的作用进行了深入探讨。通过对相关文献书籍资料的整理分析，厘清了土遗址所蕴含的历史文化价值及其保护的科学意义。本研究提出将栣木作为主要研究对象，并结合锁阳城遗址现场调查、室内试验、数字散斑技术以及FLAC3D数值模拟等方法，系统性地研究了栣木在夯土墙体受到动力荷载作用时的位移响应影响，以及在病害结构墙体塑性变形过程中栣木所发挥的关键抑制作用。研究指出，在古代夯土工艺中，栣木的形制特征、分布规律及其力学机制仍存在诸多争议，亟需通过跨学科的研究方法来揭示其加固机理。主要得出以下结论：
（1）通过现场调查与文献资料的收集整理分析，发现栣木的排列呈现出井字形、梅花形的交错模式，并存在斜向排列的特殊结构。栣木的选材遵循了“就地取材”的原则，同时具备施工支撑与墙体加固的双重功能，其分布规律与墙体力学需求具有高度的相关性，为研究古代夯筑技术提供了关键的物质证据。
（2）通过对栣木对夯土抗压进程中的应力应变特性分析发现，栣木显著提升了墙体的弹性模量与延性，并有效抑制了自由面
