河南地处中原,作为中华文化的发源地及政治文化的中心,历史遗迹众多。四季分明的气候特征引起遗址本体处于周而复始变化的环境中,在外界变化环境作用下土遗址的病害不断发生,并呈现非线性发展演化。相对于砖石遗址,土遗址组成材料强度较低且所处环境复杂,土遗址的保护研究始终是遗产保护领域内的难点和重点。因此,正确分析土遗址变形机制及劣化机理是当前的首要任务。为此,本文通过室外调研、室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,对中原区域部分遗址土进行宏细观分析。基于细观结构接触模型,对遗址土劣化进行较为系统的探讨。主要研究内容如下:(1)参照《土工试验方法标准》进行遗址土的基本力学性能试验,对中原地区新郑门遗址、蔡国故城遗址、新乡卫辉共城遗址三个地区遗迹进行测试。试验中针对不同含水率、不同初始孔隙比、不同应力条件的遗址土样进行了宏观力学性能研究。对其基本物理性质、化学元素、基本力学性质及不同围压下的应力应变关系进行检测分析。(2)利用电镜观察细观结构及颗粒形态分布,以灰度图像阀值为媒介,区别于普通二维层次的土体孔隙率求解方式,改用三维层面更加精确的求解细观土样中土体孔隙率及细观尺度下的颗粒占比,讨论了土样颗粒的生成及算法。以不同土颗粒之间的面积为控制参数,考虑界面过渡区的同时建立包含颗粒及胶结物在内的多相土样细观模型;并考虑颗粒直径对界面过渡区的影响,引入无厚度单元,采用区别于离散元的有限元计算模式,将多相土样模型的建立、实体单元划分、数值计算及结果后处理整合为一套自动实现的数值模拟程序,有效的解决了细观模型批量建模效率低下问题。(3)以遗址土劣化为研究对象,利用商业有限元软件ABAQUS,更好的叠加了多应力场的耦合状态,从而得到具有微观机制的细观损伤规律;通过数值模型得到应力应变关系,进一步分析温湿作用后的土遗址宏观现象;通过数值模拟的细观结构性演化,建立了细观结构性的遗址土力学特性研究思路,讨论了宏观遗址土样裂缝的形成与细观结构损伤的联系。为了验证本文模拟的可靠性及稳定性,建立平面应变细观土样模型。通过获取的数值结果,探究了宏细观结构尺度下细观的结构特征与土样宏观力学参数的关系。通过数值模拟与实际试验相对比,研究了平面应变条件下土体颗粒应力应变的发展过程。采用分段网格划分过程,降低整体的网格数目,提高了计算效率。数值计算结果直接反映了裂纹萌生到宏观裂纹形成的整个过程,对遗址土力学性能的影响以及对后续文物遗址修复提供一种新的视角。本文基于遗址土颗粒材料的细观结构接触模型与宏观现象,考虑遗址土体内部的劣化损伤对土体稳定性及劣化的影响,以SEM电镜图像为媒介,以阀值为手段,进行细观尺度下土体结构数据的获取;并以此为基础利用有限元软件进行细观尺度下的数据模拟,解决了室内试验无法具体展示土体损伤劣化的过程。为进行土遗址修复提供理论指导,也为研究材料的劣化损伤提供新的思路。