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大量現代技術的應用，可以讓土遺址恢復到與原來基本相同的外貌
交河故城處于新疆吐魯番盆地，屬典型的大陸性暖溫帶干旱荒漠氣候。炎熱干燥的氣候環境具有干熱、少雨的特征。在這種環境中土體有較高的強度，因此遺址得以保存下來，如大佛殿直立高達8米的墻體，可看出當年建筑的宏偉和壯觀。
然而，交河故城所處地區常年有大風、沙暴，因此，遺址在嚴重風蝕破壞和集中式強降雨的雨蝕破壞下，遺址土體四處開裂坍塌。
風雨侵蝕：土遺址岌岌可危
交河故城所在的吐魯番地區長年吹強勁的西北風，8—12級大風和沙暴時有出現。而且，遺址處于一個較高的平臺上，大風攜帶的沙土、砂粒年復一年地侵蝕，遺址面向西北的墻面已經被風蝕得千瘡百孔，有的墻面凹凸不平，被風沙吹打成蜂窩形狀。有的墻面已經龜裂剝離，甚至有的墻體已經被風蝕穿透。
“遺址的墻基由于在生土層上開挖而成，強度較低，大部分墻基已經被風蝕凹進，使得墻體呈倒立的‘棒槌山’形，很容易造成坍塌破壞。”敦煌研究院研究員、古遺產保護專家李最雄說。
交河故城的墻體是有沙土制作的垛泥建造而成，在干燥的環境中，這種沙土具有較高的強度。這也是它歷經多年能保存下來、屹立不倒的原因。但它也同樣面臨著雨水侵蝕的威脅：一旦遇到雨水，沙土會立即崩解成泥漿而流失。
交河故城的墻面形成了許多凹凸不平的蜂窩狀小塊顯示了雨水造成的破壞。這些突出的小塊是耐水性鈣結核塊，附近的沙土已經被雨水沖刷而去。
“氣象資料顯示，吐魯番地區雖然非常干旱少雨，但降雨的強度很大，常常出現集中式的強降雨，有時一場大雨的降雨量幾乎接近一年的降雨量。在2000多年的漫長歲月中，這種偶爾大雨沖刷和侵蝕所造成的破壞可想而知。”李最雄說。
專家點評：
土遺址的研究主要集中在以下方面：研究土遺址的病害及破壞機理；研究土遺址的風化機理；研究發掘與現場保護方法；環境和土遺址的關系；以及如何把現代的測試手段，包括近景攝影、航空遙感、地震物探、面波儀，聲波儀等大量應用在土遺址保護上等。
目前，對土遺址的保護加固技術已經作了大量的室內及現場試驗研究，取得了明顯的成績；對土遺址表面防風化加固材料的研究更是近年來的熱點，尤其對在干旱環境下使用的PS材料的研究，已經深入到PS與土的作用機理。
防護材料：讓土遺址經歷更多風雨
土遺址防風化材料的研制一直是土遺址保護研究的重點和難點。文物工作者曾嘗試了多種材料，在無機類材料中嘗試了硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋁、氫氧化鈣、氫氧化鋇等。在有機高分子材料嘗試了有機硅樹脂和有機聚合物材料。同時研究者還試圖用無機—有機復合材料，如硅酸鉀—甲基三乙氧基硅烷等來加強土遺址的防風化能力。
“這些材料雖然取得了一定的防風化效果，但是對土遺址來講，都有不符合土遺址保護原則的一些缺點，影響了它們的應用和推廣。”中國敦煌保護石窟保護研究基金會秘書長楊秀清研究員說。
據悉，截至目前，全世界進行的土遺址防風化保護工程并不多。在國外，1975年秘魯采用正硅酸乙酯與乙醇混合體系處理土坯建筑的表面；20世紀六七十年代日本采用甲基丙烯酸樹脂加固土質文物。在國內，單瑋等采用丙烯酸樹脂對秦始皇兵馬俑炭化遺跡進行保護；張宗仁等采用有機硅單體、低聚物、高聚物等材料對秦俑弩弓跡、車輪跡、西安半坡部分土遺址、西安老牛坡商代古墓群中車馬坑進行保護。
近年來，李最雄等通過對無機材料的改性研制出一種特別適用于西北干旱地區土遺址保護的材料——高模數的硅酸鉀溶液(簡稱PS)，并在西北地區的多處土建筑遺址推廣使用，成效顯著。
“室內試驗與現場試驗結果表明，PS加固西北干旱區土遺址有較好的滲透性，起到了保護加固遺址風化層的作用，避免自然營力對遺址進一步剝蝕破壞。”楊秀清說。
1999年至2002年，王旭東、李最雄等采用X射線衍射分析、掃描電子顯微鏡分析、透射電子顯微鏡分析、X射線能量色散譜分析、孔隙率和比表面分析、差熱分析等多種測試手段，對PS材料本身及其和粘土礦物、粘性土（西夏陵遺址土）作用的機理進行了進一步研究。
通過低密度PS材料多次噴灑、滲透加固，以及滴滲、壓注滲透等措施后，交河故城的土遺址墻體得到了加固。而且，加固后經過半年左右時間，墻體就能恢復到與原來基本相同的外貌，從而達到“修舊如舊”的要求。
專家點評：
通過研究以及采用X—衍射分析、結晶度測定、掃描電鏡等方法的測試，經PS材料加固后的遺址土體在提高強度的同時，仍具有良好的透氣性和透水性特點。同時發現，PS材料不僅改變了土體中粘土礦物的結構，并可與土中的可溶性鹽類發生一系列的化學反應，生成硅酸鹽凝膠等產物，改變了土的結構，從而改善了土的一系列工程性能，提高了土抵抗自然營力破壞的能力。
機理研究：需要形成共性技術
土遺址防風化研究雖然取得了很大的進步，但土遺址風化機理的研究還不夠深入；將現代科學技術的新手段無損檢測技術應用到土遺址保護工程的檢測上還有很多的工作要做；在現有防風化加固材料的應用上，還沒有形成規范性的施工工藝，很大程度上限制了它的推廣應用。
“由于土遺址及其環境的復雜性，對其防風化加固保護技術還有待進一步的發展和完善。需要通過現代無損、微損分析技術，利用材料科學和環境科學的相關理論研究，來解決文物保護中的關鍵技術問題。在重大文物保護項目的實施中，要積極應用文物科技基礎研究的新成果，改進現有的傳統技術，加強對文物保護的原創技術和集成技術的攻關，形成一批具有廣泛推廣應用價值的共性技術。”楊秀清說。
此外，潮濕環境下的土遺址的保護是長期困擾我國文物保護、考古界的難點。從國內的幾個重要的潮濕環境中的土遺址如金沙遺址、里耶遺址、城頭山遺址的保護狀況看，目前遺址的病害是很復雜的，主要的病害有：潮濕土體發掘失水產生的干燥開裂和坍塌、土體在水的作用下的軟化和垮塌、土體表面在濕度變化和鹽分作用等因素下出現的風化，以及生物因素的作用出現的各種破壞。潮濕環境中土遺址容易產生軟化、風化和長草等問題，而在干燥狀態下又容易出現收縮開裂，嚴重影響著潮濕環境土遺址的保護。
對于潮濕環境土遺址的保護，國內外都有一定的研究，但是沒有找到很好的解決問題的方法。
“國外對潮濕環境土遺址保護的研究不多，主要是日本有一些工作。對潮濕環境土遺址保護的典型工程是日本對一處遺址（YOKOHAMA）的保護，其采用有機硅低聚物與其他材料復合來防止土遺址內的水分揮發，使其處于潮濕狀態以保護土遺址。這種保護土遺址的方法，從防止風化看來效果較好，難點是如何防止潮濕情況下土遺址的生霉問題。”楊秀清說。
專家點評：
國內對土遺址的保護研究，涉及保護理念、保護的工程技術措施、保護方法和保護材料的開發。目前已經認識到了對于潮濕環境下土遺址的保護，需要采取綜合技術措施。對于保護方法，有試圖采取電化學方法進行脫水研究的，但是沒有成功，多數采用化學材料進行遺址的防風化加固。對潮濕環境土遺址的保護材料開發，主要有北京大學對非水分散體的研究、浙江大學對有機硅材料的研究。
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