_干湿循环作用下膨胀土裂隙演化规律试验研究
干湿循环下膨胀土裂隙CT试验研究
本试验使用江苏省 中大医院 Ｃ Ｔ科室里 的西门 子６ ４排螺旋 ｃ Ｔ仪（ 见图 １ ） 。该 Ｃ Ｔ 机具有图像质 量 高 扫描 时 间短 、 准确率 高、 覆盖 范围大、 受 辐 射
、
科
学
技
术
与
工
Байду номын сангаас程
１ ３卷
中心处一定范围内的灰度均值作为基准点 ， 所有循 环下 的 ｃ Ｔ图像 均按照 ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ自编程序进行调整 ，
为裂 隙发 育、 过渡 、 不发育三个部分 的规律 。 关键词 膨胀 土 Ｃ Ｔ技术 三维重建 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 变异 系数
中图法分类号
Ｔ Ｕ ４ ４ ３ ；
文献标志码
Ｂ
膨胀 土是 一 种 特殊 性 质 土 ， 具有 “ 裂 隙性 、 胀 缩
性 和超 固结性 ” 的特 征 ． ２ Ｊ 。膨胀 土裂 隙对 房屋 、 桥
１ ． ２ Ｃ Ｔ试 验装 置
第 一 作 者简 介： 袁 俊平 （ １ ９ ７ ５ 一） ， 男 ， 汉 族， 湖 北 麻 城 人 ， 副 教 授， 博 士 。 研究方向 ： 土体基本性质和非饱和土力学 。 Ｅ — ｍ ａ ｌ ｌ ： １ ３ ８ ５ ８ ６ ｎ ０ ９ ＠ ６ ３ ＿ 一。
以此 减 少 亮 度 、 图像 尺寸对灰 度值 、 方 差 的 影 响。
结果 表 明 ： （ １ ） 由图 １ ０可知 ， 图像 灰度 熵 随 着干 湿循 环次
表 １ 新 乡膨 胀 土基 本 物理 性 质 指 标
液限
４ ２ ． ７
隙的 Ｃ Ｔ观测 和 定 量 描 述 进行 了 探 索 ， 并 希望 以此 进一 步 拓展膨 胀 土裂 隙度 量 指 标 ， 从 而 深 入 认 识膨 胀 土力 学性质 ， 较 好地 解决 膨胀 土边 坡稳 定 问题 。
专题调研
加筋对压实膨胀土裂隙发展规律的研究摘要膨胀土是一种失水后收缩、吸水后膨胀的特殊土。
气候的干湿循环导致膨胀土裂隙的发育，裂隙会导致土体强度的降低，是造成膨胀土边坡、渠道发生滑塌的根本原因，因此，在膨胀土工程中，只有掌握膨胀土开裂的规律，才能为减小膨胀土裂隙性带来的灾害提出有价值的解决方案。
关键词：膨胀土；裂隙；干湿循环；加筋第一章绪论1.1 论文背景膨胀土在世界范围内分布非常广泛，迄今已经发现在世界上40多个国家都有不同程度的膨胀土分布。
中国是世界上膨胀土分布最广、面积最大的国家之一。
在我国，膨胀土主要分布于华中、华南和西南地区，区域人口超过三亿。
我国关于膨胀土的研究工作开展至今，已在其各个方面取得了很多有价值的研究成果，比如膨胀土的胀缩性、超固结性、裂隙性以及强度衰减性研究，降水入渗对土坡稳定性的影响研究等。
膨胀土是在自然地质的形成过程中产生的一种多裂隙并且具有显著胀缩性的地质体，其主要成分是强亲水性的矿物蒙脱石、伊利石及其混层粘土矿物。
膨胀土对修筑在其表面的各类浅表层轻型工程建设具有特殊的危害作用，新建膨胀土地区的路基往往是“逢堑必滑，有堤必坍”，因此，膨胀土也被称之为“工程中的癌症”。
在公路工程中，膨胀土裂隙对路基及边坡的稳定性具有极大影响，因此，为减少膨胀土裂隙性所带来的灾害而进行的方案研究十分必要。
1.2 研究意义膨胀土的开裂对大量的工程地质性质产生重大影响。
雨水的循环入渗和蒸发，使得膨胀土产生循环的胀缩，逐步使土体产生裂缝，而裂隙的存在又进一步为雨水的入渗和土水分的蒸发提供了通道，加快了土中含水量的波动和胀缩的反复发生，这又进一步导致裂隙扩大并向土的深部发展。
膨胀土开裂后给雨水的进入大开方便之门，雨水渗入后，破坏了边坡土体的整体性和稳定性，随着稳定性的降低，边坡很容易出现滑坡。
因此，对膨胀土开裂防治措施的研究不仅显得特别紧迫与重要，而且具有非常现实的意义。
防治措施的研究对于减少工程灾害，减少工程预算，保护人民的生命财产安全显得尤为重要。
干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究
隙率增 幅最大 ， ４次循环增幅较大， ５次循环增幅较小 。直剪试样 ， ２～ 第 试样表面裂 隙率经 １～ ３次循 环增 幅较大 ， ４次循 第
环增 幅较小 ， ５次循环以后试样表面裂隙率有所 降低 ， 降低 的幅度不大 。总 的说来 ， 第 但 随干湿循环次数 的不断增加 ， 膨胀土 试样表面裂隙率不断增 大。
关键词 膨胀土 干湿 循 环 裂隙 分形
中 图分 类 号 ：６２ １ Ｐ ４ ．３ 文 献标 识码 ： Ａ
ＦＲＡＣＴＡＬ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＴＨＥ ＣＲＡＣＫ ＣＨ ＡＲＡＣＴＥＲＩ ＳＴＩ ＥＸＰＡＮＳ ＶＥ Ｃ Ｉ ＳｏＩ Ｌ ＵＮＤＥＲ ＥＴＴＩ Ｗ ＮＧ ． ＤＲＹ Ｇ ＣＹＣＬＥ
ＢＡ０ ｉ ｎ Ｗ ＥＩＸｕ ｆｎ Ｈｕ ｍｉ ｇ ｅｅ ｇ
（ ｕ ｉ ｎ ｅ ｉ ｅｈｏｏｙ Ｇ ｉｎ ５ １０ ） Ｇ ｉｎ Ｕ ｉ ｒｔ ｏ ｃｎ ｌ ， ｕｌ ４ ０４ ｌ ｖ ｓｙ ｆＴ ｇ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂｙ ｍｅ ｎｓ ｏ ｈ ｔｉ ｇ ｄ ｙ ｎ ｙ ｌ ｅ ｔ ｆｔｉｘ ａ ｎ ｉｅ ｔｓ ｅ ｒ ｏ ｈ ｘ ａ ｓｖ ｏ ｌ ｒＩ ｅ ｔ ｓｒ ｃ ａ ｆｔ ｅ ｗｅｔｎ — ｒ ｉ ｇ ｃ ｃｅ ｔｓｓ ｏ ｒａ ｉｌ ａ ｄ ｄ ｒ ｃ —ｈ ａ ｎ ｔ ｅ ｅ ｐ ｎ ｉｅ ｓ ｉ．Ｉｌ ｔｓ ＇ｅ ｉ ｄ ｈ ｔｗｉ ｆ ｓ ｔ ｇ ｄ ｎ ｙ ｌ ｒａ ｉｌｔｓ ， ｒ ｃ ａｉ ｎ ｅ ｐａ ｓｖ ｏｌ ａ ｌ ｕ ｃ ｓ ｔ ｅ ｌ ｒｅ ｔ ｆｎ ｓｔ ａ ｔ ｒｔｗｅｔｎ — ｒ ｉ ｇ ｃ ｃ ｅ ｔｉｘａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｒ ｔｏ ｉ ｘ ｎ ｉｅ ｓ ｉ ｓ ｍｐ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｈ ａ ｇ ｓ ｈｉ ｉ ｙ ｈ ｆ ｉ ｃ ｅ ｓ ｗｉ ｅ ｏ ｄ ｔ ｏ ｒｈ ｗｅｔ — ｒ ｉ ｙ ｌ ｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｒ ｔ ｎ ｅ ｐ ｎ ｉｅ ｓ ｉ ｓ ｍｐ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｈ ｉｇ ｒｉ — ｎ ｒａ ｅ， ｔ ｓ ｃ ｎ ｏ ｆｕ ｔ ｔｉ ｄ ｎｇｃ ｃ ｅ，ｈ ｒ ｃ ａｉ ｉ ｘ ａ ｓｖ ｏｌ ａ ｌ ｕ ｆ ｃ ｓｔｅ ｂ ｇ ｅ ｎ ｈ ｎｇ ｙ ｏ ｃ ｅ ｓ ． ｄ ｔ ｅ ｃ ａ ｋ ｒ ｔｏ ｉ ｘ ｎ ｉｅ ｓ ｉ ｓ ｍｐｅ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｈ ｉｔ ｎ ｒ ａ ｅ， ｔ ｈ ｔ ｎ — ｒ ｉ ｇ ｃ ｃｅ ｉ ｒ ａ ｅ Ａｎ ｒｃ ａｉ ｎ ｅ ｐａ ｓｖ ｏｌ ａ ｌ ｕ ｃ ｓ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｃ ｅ ｓ ｗｉｈ ｔ ｅ ｗｅｔ ｇ ｄ ｎ ｙ ｌ ｓ ｈ ｆ ｔｅ ｉ ｙ
干湿循环作用下改良膨胀土力学指标的变化规律
改 良膨 胀 土 的 力学 指标 随 干 湿 循 环 作 用 次 数 增 加趋 于 稳 定 。 ［ 关 键 词 】改 良膨 胀 土 ；干 湿 循 环 ； 抗 剪 强 度 ；压缩 系 数 ； Ｃ Ｂ Ｒ
［ 中图 分 类 号 】Ｔ ｕ ４ ７ １ ． ９ １ ［ 文 献标 识 码 ］Ａ ［ 文 章 编 号 】１ ６ ７ ４ — ０ ６ １ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ４ １ — ０ ６
第４ ０卷 ， 第 ４期
２ ０ １ ５ 年 ８ 月
公 路 工 程
Ｈｉ ｇ ｈ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ４ ０， Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ． ， ２ ０ １ ５
干湿 循 环 作 用 下 改 良膨 胀 土 力学 指标 的变 化 规 律
［ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｕ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｓ ｏ ｆ ｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ ｄ
干湿循环作用不同次数后的直接剪切 、 固结 试 验 及 Ｃ Ｂ Ｒ强 度 试 验 。试 验 结 果 表 明 ： 干 湿 循 环 作 用造 成 的 试 样 表 面 松散 ， 导 致 了改 良膨 胀 土 力 学 指 标 的快 速 下 降 ， 但经 历 多 次 干 湿 循 环 ， 试 样表 面的松散程 度及深度 并未 显著增 加 ，
董 云 ，张 渊‘ ， 蒋 洋‘ ，刘宇翼
２ ２ １ １ １ ６ ） （ １ ．淮 阴工 学 院 土 木 工 程 实验 室 ，江 苏 淮 安 ２ ２ ３ ０ ０ １ ； ２ ．中 国矿 业 大 学 ，江 苏 徐 州
干湿循环作用下膨胀土开裂和收缩特性试验研究
干湿循环作用下膨胀土开裂和收缩特性试验研究叶万军;万强;申艳军;杨更社;董西好;王铭【摘要】膨胀土的变形特性包括裂隙性和胀缩性,其中开裂和收缩特性对于膨胀土边坡变形研究具有重要的作用.取陕西汉中十天高速公路边坡膨胀土进行室内干湿循环试验,研究不同干湿循环次数下脱湿过程中膨胀土的开裂、收缩特性,观察脱湿完全后裂隙的扩展特性,探讨收缩的方向性随干湿循环次数和初始含水率的变化规律.结果表明:前2次干湿循环脱湿过程中,裂隙与收缩开展剧烈;脱湿过程中裂隙面积率先增大后减小,第1次干湿循环的裂隙面积率峰值最小,且出现时间较早;脱湿过程中收缩面积率先增大,后趋于平缓,随着干湿循环次数的增加,收缩面积率逐渐增大直至第三次干湿循环趋于稳定,前2次干湿循环其差值最大;随着干湿循环次数的增加,试样的变形量逐渐增大,收缩比开裂更早趋于稳定;裂隙的宽度和长度近似正态分布,裂隙面积概率随着裂隙面积增加逐渐减小;膨胀土的收缩具有明显的各向异性性质,初始含水率越高,各向异性表现越明显.【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】7页(P541-547)【关键词】膨胀土;干湿循环;裂隙;收缩;面积率;各向异性【作者】叶万军;万强;申艳军;杨更社;董西好;王铭【作者单位】西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TU44膨胀土及其工程问题一直是国内外关注的重大问题，膨胀土有3个主要特性[1-2]，即胀缩性、裂隙性、超固结性。
膨胀土变形特性包括胀缩变形和开裂变形，初始裂隙的产生为雨水入侵提供了有力条件，加剧了膨胀土的裂隙和胀缩发育，反复的干湿循环使得膨胀土裂隙和胀缩进一步发展[3-6]。
淠史杭灌区膨胀土干湿循环效应的特性研究
淠史杭灌区膨胀土干湿循环效应的特性研究摘要：膨胀土性质极不稳定，常常使建筑物产生不均匀的胀缩变形，是一种典型的工程灾害性地质土。
通过模拟土体季节性的涨缩，测试其液、塑限，自由膨胀率，抗剪强度和无侧限抗压强度，以探讨干湿循环效应对膨胀土强度的影响。
结果表明，干湿循环对于建于膨胀土上的土木工程建筑物、构筑物的稳定性和抗裂性有很大影响。
对建于膨胀土上的公路、铁路等建筑物应引起足够的重视，必要时应对膨胀土进行处理。
同时，所得的数据可以为此区域内工程提供参考。
关键词：膨胀土；干湿循环效应；抗剪强度；无侧限抗压强度1绪论膨胀土是一种对环境湿度变化敏感，由强亲水性矿物蒙脱石和伊利石等组成，具有多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘土。
其中膨胀土由于含水量的不同导致的膨胀与收缩的可逆性是其重要属性[1]。
关于膨胀土较早的研究多集中于对其基本物理化学性质、变形特性及治理等方面，大部分不考虑多次涨缩对其影响。
但在许多膨胀土分布地区，由于季节变化，其气候特征存在较明显的干湿循环。
这种干湿循环对膨胀土的胀缩特性有较大影响，导致许多工程初期使用时并未发生破坏，但经过一定时间后却出现破坏。
近年来，对于干湿循环的研究越来越受到国内研究的重视[5-9]。
2膨胀土的物理力学性质根据钻探、土工试验报告、原位测试结果资料综合分析，取土地点地层自上而下分为：层耕（填）土（Qml）—层厚0.5~3.9m，层底标高为48.45~57.81m。
褐灰、灰、灰黄、褐色、黄灰色。
含碎石、有机质，少量生活垃圾、植物根等，软塑~可塑状态。
层粉质粘土（粘土）（）：层厚0.00~2.50m，层底标高47.34~50.51m。
呈透镜体状不均匀地主要分布于场地中段的部分地段。
黄灰、黄褐、灰黄色，含氧化铁，少量粉砂等，可塑状态，稍光滑干强度、韧性中等，无摇振反应。
1层粘土（粉质粘土）（）：层厚0.00~3.90m，层底标高45.50~53.82m。
呈透镜体状不均匀地主要分布于场地中部低洼处。
干湿循环下膨胀土性质研究
渗透性增加
（李雄威）
裂隙发生发展
强度降低
吕海双高岭土边坡实验结果：
第一次循环：膨胀变形 第二次循环：膨胀变形为主，顺破变形开始显现 第三次循环：顺破变形增加，膨胀变形减小 第四次循环：顺破变形为主，膨胀变形十分微小，且只出现在
[3].陈水安, 黄平安, 黄文县.膨胀土的工程特性及改良的探讨.西部探矿工程.总第108 期.2005 年第5 期.
[4].吕海波，曾召田，赵艳林，卢 浩.膨胀土强度干湿循环试验研究.岩土力学.第30 卷第12 2009 年12 月.
[5].包惠明魏雪丰.干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究.桂林理工大学，土木与 建筑工程学院桂林541004.
干湿循环下膨胀土 性质的研究
——韩羲词
2012.5.13
哈尔滨工业大学深圳研究生院
目录
膨胀土简介 膨胀土在干湿循环下的性质规律 危害及防治 结束语
膨胀土简介
膨胀土（expansive soil ）：富含亲水性矿物，
具有明显的吸水膨胀和失水收缩的高塑性黏质土;多呈棕、 黄、褐色间夹灰白、灰绿色条带或薄膜;自然条件下，土的
[6].陈生水，郑澄锋，王国利.膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究.南京水利 科学研究院.第29卷第6期2007.6
[7].包惠明魏雪丰.干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究.工程地质学报. 1004－ 9665 /2011 /19( 4) -0478-05
坡顶 第五次循环：顺破变形。
渐进模式
？
高幅度循环变形量小于低幅度循环变形量。
对干湿循环下膨胀土性能衰减微观分析
干湿循环条件下碾压膨胀土的裂隙发展规律
获得 压 实 膨胀 土 中 裂 隙 的 发 育 过 程 及 随 干 湿 循 环 作 用 次 数 的 变 化 规 律 ． 用 ＭＡＴ ＡＢ的 图像 处 理 功 运 Ｌ
能 ， 开 裂 试 样 进 行 了定 性 描 述 和 定 量 统 计 分 析 ． 析 结 果 表 明 ： 始 状 态 下 ， 样 中 产 生 的 裂 隙细 微 短 对 分 初 试
ｏ ｘ ａ ｓｖ ｏ ｌｅ ｂ ｎ ｍ ｅ ｔ ｆｅ ｐ ｎ ｉ ｅ ｓ ｉ ｍ ａ ｋ ｎ ．
Ｋｅ ｒ ： ｄ ｙ ｗｅ ｃ ｃｉ ｙ ｗｏ ｄｓ ｒ — ｔ ｙ ｌｎｇ； ｃ ｏｍｐａ ｔ ｄ ｘ ｎ ｉ ｓ ｉ ； ｌ ｂ ａ ｏ ｙ ｉ ｕ ａ ｉ ｔ ｓ ｓ； ｃ ｅ ｅ ｐａ ｓｖｅ ｏ ｌ ａ ｏｒ ｔ ｒ ｓｍ ｌ ｔｏｎ ｅ ｔ ｇ ａ ｎｄ ｉ ｇ ｒ ｅ ｓ ｎ ｒ ｐｈ ａ ｍａ ｅ ｐ ｏｃ ｓ ｉ ｇ；ｃ ａｃ ａ ｅ ｒ ｋ ｒ ｔ
和超 固结性 等 三 大 特 性 ， 中裂 隙性 是 造 成 工 程 其
结 构破 坏的关 键 因素． 中裂 隙 的产 生 、 土 延展 和贯 通 ， 大地破 坏 了土 体 结 构 的 整 体 性 并 降 低 了它 极
的强度 和稳定 性 ．
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ０ ７ ０ ５ ； 通 部科 技项 目（０ ９ ５ ３ １ ６ ） 广 西 交通 科技 项 目（０ １ ２ ） 国 ５９８３）交 ２ ０ ３ ３ １０ ０ ； ２ １ — ０ 作 者 简 介 ： 和 平 （９ ４ ）男 ． 沙 理 工 大 学 教 授 ， 士 生 导 师 ． 杨 １５ 一 ， 长 博
表 １ 土样 基 本 性 质 测 试 结 果
Ｔ ｂ ｅ １ Ｔｈ ａ ｉ ｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｏ ｌ ａ ｐ ｅ ａ ｌ ｅ ｂ ｓｃｐ ｏ ｅ ｔ ｆｓ ｉ ｓ ｍ ｌ ｓ ｅ
膨胀土干湿循环裂隙分形研究
06
研究结论与展望
研究结论
01
膨胀土干湿循环裂隙具ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分形特征
该研究通过实验和分析，发现膨胀土在干湿循环作用下形成的裂隙具
有分形特征，即裂隙的分布和形态具有自相似性和多重尺度性。
02 03
分形参数与土体物理性质相关
研究还发现，这些分形参数与膨胀土的物理性质，如含水率、干密度 和塑性指数等密切相关。这表明可以利用分形参数来评估膨胀土的工 程性质。
膨胀土具有明显的层状结构和片 状构造，这种构造使其在吸水和 失水过程中容易产生裂隙。
矿物成分
膨胀土主要由硅酸盐矿物组成，包 括石英、长石、云母等。此外，还 含有一定量的碳酸盐和硫酸盐等。
膨胀土的力学性质
吸水膨胀性
膨胀土具有显著的吸水膨胀性，其体积随着含水量的增加而增大。这种特性主要与土中的亲水性粘土矿物有关 。
研究意义与应用前景
膨胀土是一种具有重要工程意义的特殊土质，其裂隙发展对工程安全性 有重要影响。该研究结论为膨胀土的工程性质评估和灾害防治提供了新 的理论依据和技术手段。
该研究不仅对膨胀土的工程性质进行了深入探讨，还对其他特殊土质的 裂隙发展提供了借鉴。研究成果可应用于不同类型的特殊土质工程中，
如黄土、红土等。
针对膨胀土干湿循环裂隙的深入研究，对揭示膨胀土工程性 质的本质、预测膨胀土工程灾害、保障工程建设安全具有重 要意义。
研究现状与不足
国内外学者对膨胀土裂隙开展了大量研究，但主要集中在裂隙形态、分布、力学 性质等方面，对干湿循环作用下裂隙的发育演变规律及其对工程性质的影响研究 不够深入。
现有的研究方法大多基于宏观工程性质指标，对微观结构和物理化学过程考虑不 足，难以全面揭示膨胀土裂隙的演变规律和机制。
膨胀土干湿循环特性的试验研究
膨胀土干湿循环特性的试验研究林青芝河海大学岩土工程科学研究所，南京 (210098)E-mail：qingzhilin@摘要：本文针对江苏宁淮高速公路淮安段膨胀土进行了相关的室内试验研究，得出了膨胀土在干湿循环的条件下，其变形特性的一些变化规律。
得出膨胀土的干缩湿胀变形过程是不可逆的，随着干湿循环次数的增加，膨胀土的膨胀力、无荷膨胀率逐渐减小，变形速率逐渐增大，干密度和稳定后含水率逐渐减小直至趋于稳定。
关键词：膨胀土；干湿循环；膨胀力；膨胀率1．引言膨胀土是在自然地质环境中形成的一种多裂隙并具有显著胀缩性特殊性粘土。
土体粘粒中含有一定质量的强亲水性矿物蒙脱石与伊利石，因此膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩开裂且反复变形等与正常固结粘土不同的工程地质性质，而且土中杂乱分布的裂隙对各种边坡所产生的变形破坏作用往往具有长期潜在危险的特点，容易给工程造成巨大的经济损失。
在膨胀土地区，路基土体遇水软化，容易发生胀缩变形，引起路基下沉而导致路面变形、开裂、翻浆冒泥、沉陷等，同样修建在其上的公路、桥梁及其它建筑物也会遭受强烈的变形破坏，甚至引发破坏性很大的滑坡。
随着我国基本建设的发展，在膨胀土地区兴建公路、铁路、水利、建筑、机场以及码头等工程项目将会日益增多，随之也会遇到大量的与膨胀土有关的工程问题。
因此，为确保路基的稳定性和强度，对膨胀土性质的研究显得尤为重要。
本文着重在于对膨胀土的循环干湿变形特性做必要的讨论分析。
2．关于膨胀土膨胀特性的研究膨胀土的变形特性研究是膨胀土的重要研究内容之一，也是相关工程防治的关键，必须依据大量的室内试验和工程实例,分析并建立反映湿胀、湿陷、干缩特性的非饱和膨胀土的新型本构模型,才能较准确地描述膨胀土的变形特性。
膨胀土的变形主要可分为两大类:①外加荷载作用下的压缩变形；②入渗或浸水作用下的湿胀、湿化变形；③蒸发、风干、水位下降等失水作用下的干缩变形；④外荷载和入渗、浸水或失水共同作用下的变形。
干湿循环条件下膨胀土力学性能试验研究
万方数据增刊慕现杰等：干湿循环条件下膨胀土力学性能试验研究５８１做直接剪切试验，保证每次干湿循环的含水率为２２％。
（２）无侧限抗压强度试验：将含水率为３０％的重塑土，静置２４ｈ，制成１１个直径为３．９１ｃｍ、高为８ｃｍ的试样；将试样放在烘箱里进行烘干，设置温度为５０℃，每烘１ｈ，取出一个试样进行无侧限抗压强度试验，试验按４ｒａｄ／ｍｉｎ的速度进行。
本试验中，直剪试验的测力计率定系数为１．９２ｋＰａ／Ｏ．０ｌｍｍ，无侧限抗压强度的测力计系数为１．２５５９Ｎ／０．０ｌｍｍ。
４试验结果分析４．１直剪试验图ｌ～３是土样干湿循环后烘干的状态。
从中可以看到土样随干湿循环的裂缝的发展。
第１次循环，土样出现了几条较大的裂缝，但没有明显的微裂缝，是由于第１次循环土体原有结构受到明显的破坏；第２次循环，大裂缝逐渐减少，并且出现少量的微裂缝；第３次循环，没有大裂缝，出现了大量的微裂缝。
随着干湿循环次数的增加，大裂缝减少，微裂缝发育，且多为均匀分布。
在得到的试验数据中，得到土样的强度在随干湿循环条件下的变化趋势，见图４。
图１１次循环Ｆｉｇ．１Ｏｎｅ－ｔｉｍｅｒｅｃｙｃｌｉｎｇ图２２次循环Ｆｉｇ．２Ｔｗｏ－ｔｉｍｅｒｅｃｙｃｌｉｎｇ图３３次循环Ｆｉｇ．３Ｔｈｒｅｅ－ｔｉｍｅｒｅｃｙｃｌｉｎｇ由图４可以计算出该土样的黏聚力钿和内摩擦角妒ｑ，见表２。
图４反映了抗剪强度随干湿循环的变化曲线。
随着循环次数的增加，抗剪强度逐渐减小，土的内聚力ｃｑ也逐渐减小；但随循环次数的增多，速率会降低，而内摩擦角妒ｑ也会逐渐减小。
从０次到１次循环黏聚力Ｃｑ和内摩擦角妒ｑ都变化较大，是由于土样突然烘干和加水，使得土样本身结构受到大的破坏而致。
２００３００垂直压力／ｋＰａ图４抗剪强度与垂直压力的关系曲Ｆｉｇ．４Ｒｅｌａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ表２３次干湿循环的黏聚力和内摩擦角Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｃｏｈｅｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｒｉｃｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｒｅｅ・－ｔｉｍｅｗｅｔｔｉｎｇ・－ｄｒｙｉｎｇｃｙｃｌｅ４．２无侧限抗压强度试验以含水率为横坐标，以无侧限抗压强度为纵坐标，绘制无侧限抗压强度随含水率变化的曲线，见图５，剪切面的形式见图６。
膨胀土干湿循环试验研究
膨胀土干湿循环试验研究陈永艾;刘福春;张会平【期刊名称】《铁道工程学报》【年(卷),期】2017(034)008【摘要】研究目的:通过中等膨胀土扰动击实样品的不同干湿循环路径,进行1 ～12次的干湿循环试验,探讨抗剪强度、膨胀率、膨胀力与干湿循环路径、循环次数的关系,明确干湿循环的试验条件以及干湿循环特征循环参数,从而为膨胀土边坡稳定性分析提供干湿循环试验依据.研究结论:(1)中等膨胀土扰动击实试样的干湿循环试验,随着干湿循环次数的增加,抗剪强度随之减小,经过5次干湿循环后,抗剪强度收敛趋于稳定;(2)经干湿循环后,膨胀土的膨胀率和膨胀力均具不可逆性,随着干湿循环次数增加而随之减小,5次干湿循环后膨胀率和膨胀力收敛趋于稳定,5次干湿循环可以作为干湿循环试验的特征循环参数;(3)本研究成果可作为干湿循环的标准试验方法,为膨胀土边坡稳定性分析提供依据.【总页数】6页(P34-39)【作者】陈永艾;刘福春;张会平【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063;中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063;中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】TU414【相关文献】1.膨胀土及袋装膨胀土干湿循环试验研究 [J], 白福青;浦敏艳;朱克生2.干湿循环下钢渣微粉水泥改良膨胀土强度特性试验研究 [J], 吴燕开;李丹丹;胡兴涛;韩天;于佳丽;史可健;王浩;曹玉鹏3.干湿循环作用下膨胀土膨胀特性试验研究 [J], 舒志乐;陈昱东;宋钇宏4.干湿循环对粉煤灰改良路堤膨胀土影响试验研究 [J], 张明敏5.干湿循环下钢渣粉水泥改良膨胀土室内试验研究 [J], 吴燕开;乔晓龙;李丹丹;韩天;苗盛瑶;曹玉鹏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
膨胀土裂隙生成特征研究
建材世界2016年第37卷第6期doi：10. 3963/j.issn. 1674-6066. 2016. 06. 005膨胀土裂隙生成特征研究(武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉430070)摘要：以南京绕城高速公路路基弱膨胀土为研究对象，通过改变膨胀土的含水率，在实验室内对降雨蒸发交替作用下膨胀土裂隙开裂过程进行模拟，观测并统计分析裂隙特征的关键因素，研究不同含水率及不同循环次数对裂隙的长度、宽度、数量的影响。
研究结果表明：在一次干湿循环过程中，裂隙生成速度随时间变化先快后慢，最终达到稳定；在整个干湿循环过程中，每次循环结束时裂隙数量呈逐渐增多的趋势，在第五次干湿循环之后裂隙发育最终达到稳定。
关键词：膨胀土；干湿循环；裂隙生成；含水率Study on Cracking Development of Expansive SoilX I N Ming-ming , DU You-fu(School of Civil Engineering and Architecture»Wuhan University of Technology, Wuhan 430070,China.)A b s t r a c t:T'his paper takes Nanjing Ring Expressway roadbed of weak expansive soil as the research object. Bychanging the moisture content of expansive s oil in the laboratory»this paper made expansive s oi correct simulation under the action of the rainfall evaporation a lternating. T'hcn observed and sta factors of fracture c haracteristics to research the cracks rate under different moisture content of different cycle times, such as the length of the fracture，width and quantity. T'he research results showed that in a dry-wet cycle process, cracks generated quickly b efore they are slow over time and eventually achieve stability；in the whole dry-wet cycle process»the quantity of cracks appear increasing trend along with the end of each cycle gra stability at fifth dry-wet circulation.K e y w o r d s:expansive soil; dry-wet cycle; crack generate; moisture content膨胀土具有裂隙性、超固结性和膨胀性，这三种性质均与膨胀土的含水量密切相关，其中裂隙破坏了土 体的整体性，对实际工程造成了最直接的危害，是工程中最棘手的问题之一。
基于MATLAB的干湿循环条件下膨胀土试验研究
６
一 —
ｆ 二 ．
，
薰 嚣 ｚ
０
０
（ ａ ）１ 次 干 （ ｂ ） ２次 干
１
２
３
４
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６
循 环次 数 （ 次 ）
图１ ５膨胀土 直 剪试样 表面 裂隙 率与 循环次 数的关 系 曲线
分析图 ｌ ４ 、图 ｌ ５中 的关 系 曲线 可得 ，从整 体 上来 看 ，随干 湿循 环 次 数 的不 断增 加 ，膨胀 土试 样
像素点分别用矩阵中的 ０ 和ｌ 来表示 ，黑像素和 白
像素 之和即为裂隙 图像 的总面积 。裂隙率定 义如
下：
型
灰黑 色膨 ２ ５ ０ ５ ７ ３ 胀土
，
∞
１ ８ ２
∞
ｌ ４ ５
率 ∞ 醢油
６ ８ ２ ２ ６
∞
５ ６
∞
４ ２ ． ０
本论文采用 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ中提供的原始图像灰度 比、 增强低灰度级 、中值滤波 、 二值图像平滑处理
等 功能 进行 编程 计算 【 ２ 】 。
１ ． ３ 裂 隙率 的 定 义
本论文采用 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ７ ． ６ 软件编程对二值图像 进行黑 白像素统计 ， 在二值 图像 中， 黑像素点和白
要求后 ， 按组将试样放入电烘箱 内， 在５ ０ ￣ Ｃ 的温度 下烘 ｌ ２ 个小时 ， 然后将烘干后 的试样装入内壁涂有
凡士 林 的饱 和器 内 ， 放 入真 空 缸 内抽 真 空饱 和 ，至 此 即完 成一 次 干湿 循 环 过程 。 通 过测 烘 干后 试样 的
宽度下进行剪切 ， 对于三轴试样和直剪试样 ， 先
干湿循环作用下击实膨胀土胀缩变形模拟
干湿循环作用下击实膨胀土胀缩变形模拟背景介绍膨胀土是土质结构中比较特殊的材料，其具有孔隙水分自行调节的能力，在旱涝条件的反复变化过程中，会随着水分的变化而出现膨胀变形等现象。
由于膨胀土受到外界条件（湿度）的影响，它的本构参数在干湿循环作用下会发生变化，影响着膨胀土结构的性能安全。
因此，对膨胀土进行干湿循环作用下的击实膨胀变形模拟研究就显得十分必要。
研究内容击实膨胀土的击实膨胀变形模拟主要研究内容包括：确定膨胀土受干湿循环作用下的变形规律，并利用该变形规律构建击实膨胀土的击实变形模型。
针对本次模拟变形，实验土样应具备一定的击实强度，该能力反映了膨胀土样品的自重和表面胶结力。
土质块之间耦合作用由体内毛细表面接触实现，采用Rice-Tec裂缝模型，其数学模型参数由实验室试验数据估算，以及受贯入荷载作用下模拟击实膨胀土变形。
研究方法研究采用易于实验室控制的受控条件，应用软件完成研究。
为了模拟缩短模拟时间的考虑，考虑到当体积变化发生时，单轴压缩模型不能同时反映膨胀土变形的实际状况，可以采用细解模拟技术。
在采用细解模拟的技术的同时，借助当前技术工具ABQ(Abaqus)进行模拟，其中建立膨胀土力学模型，利用其中的UEL/MAT02单元（UEL——User-Defined Element，MAT02——含有孔隙水分自行调节材料），进而建立包内分导向公式（PFD）描述膨胀变形过程，并且利用图像化处理模块DODGE进行图像化分析；其次建立网格，并设置接触约束和平衡判别等。
最后，根据温度，湿度变化规律，结合膨胀土的本构参数，确定击实膨胀土变形模拟实验条件，进行模拟试验，记录膨胀土在不同体积变化范围下的变形状态，提供研究击实膨胀变形模拟的理论依据。
结论本次击实膨胀土击实变形模拟主要在实验室控制中进行，可以通过设置特定满足实验条件，借助ABQ模拟处理软件，确定击实变形的变形特征和变形规律，从而构建击实膨胀土的变形模型，并模拟受湿度干湿循环作用下的击实膨胀变形。
干湿循环作用下膨胀土膨胀特性试验研究
第51卷第6期2020年6月人民长江Yangtze RiverVol.51,No.6June,2020文章编号：1001-4179(2020)06-0200-06干湿循环作用下膨胀土膨胀特性试验研究笛志乐1,粽昱东1,宋铤宏2(1.西华大学土木建筑与环境学院，四川成都610039；2.中国五冶集团，四川成都610063)摘要：为了研究干湿循环对膨胀土膨胀特性的影响，以及干湿作用对膨胀率变化的影响，将河北省石家庄灵寿县的黄白色膨胀土作为试验研究对象，利用膨胀仪、固结仪等设备对经过干湿循环后的膨胀土开展自由膨胀率试验、无荷载膨胀试验和膨胀力试验研究。
研究结果表明：①膨胀土的无荷膨胀率与含水率、干湿循环频率都具有相关性，含水率越小则膨胀率越大，干湿频率越大则线性膨胀率越小；②该试样的膨胀变形分为初膨胀、加速膨胀、匀速膨胀3个阶段;③经干湿循环后膨胀土的膨胀力逐渐变小。
在此基础上，综合膨胀试验，对膨胀土的膨胀过程进行了定性的描述并推导了基于能量耗散的膨胀变形公式。
关键词：膨胀特性；膨胀土；膨胀力；干湿循环；能量原理中图法分类号:P642文献标志码：A DOI：10.16232/ki.1001-4179.2020.06.0351研究背景膨胀土是一种分布极广且具有较强破坏性的特殊非饱和土，主要由亲水矿物如蒙脱石、伊利石等组成。
膨胀土的胀缩性是其区别于其他黏土的主要性质，同时也是工程应用中关注度最高的性质,其湿涨干缩的特性通常会对土体结构造成影响,从而导致房屋建筑物、公路铁路等工程被破坏I"〕。
因此,在膨胀土研究中，有关膨胀土膨胀变形的研究就显得尤为重要。
国内学者对膨胀土的膨胀特性进行了大量研究‘归，并取得了丰厚的研究成果。
孟庆云、杨果林在研究过程中发现，膨胀变形与膨胀土初始含水率、初始干密度相关3。
赵艳林、曾召田等将现场的气象数据运用到模拟当中,提出了新的膨胀地基变形计算方法［⑷。
刘静德等对南水北调中线强膨胀岩重塑样进行了膨胀率试验,得到了膨胀率与干密度以及含水率的关系少］;周葆春、孔令伟对荆门膨胀土开展了胀缩和渗透试验，并得了到膨胀力与干密度呈现出的壽指函数关系，同时还指出压实度对膨胀土的体缩率具有重要的影响少］；陈伟志、蒋关鲁等开展了铁路路基下的浸水膨胀土的现场试验,研究了浸水膨胀土路基的膨胀规律"I o鄢卫平等针对有荷条件下膨胀土分级增湿变形特性展开了研究［则O国内学者对于膨胀土的研究，主要集中在试验研究方面,对于膨胀土在膨胀过程中能量转换的理论研究则较少。
晴雨交替环境的膨胀土裂隙发展规律研究
同等条 件下 的 土体不 同 晴雨条 件 ，观察 与测量 裂 隙的表 面发 育规 律与 深度 发育 规律 。结果 发现 ，膨 胀土 的表 面裂 隙形态 与 晴
雨 条件 密切 相关 ，但 是裂 隙深度 发育 与 干湿 循环 本身 关 系不 大 ，主要 取决 于 含水 率 的降 低 。在不 同地 区 ，气 候 环境 不 同的情
对 于膨胀土边坡与地基 ，由于气候条件 的变 化 ，晴雨交替 ，膨 胀土反 复吸水 和失水 ，土体裂 隙 经 历 了 “发 育 一闭 合 一再 发 育 ”的 反 复 循 环 过 程 ， 裂 隙的产 生与发展肯定 与干旱环境 不一样 。正是 由于这 种 不 同 ，所 以在 不 同地 区 ，由于 气 候 环 境 不 同 ，类似性质 的土体裂 隙也不 同 ，在工程设计 中进 行长期稳定计算 时需要进行 区分 。
膨 胀 土 裂 隙方 面 研 究 相 对 较 多 。Ｃｈｅｒｔｋｏｖｔｕ研 究 了膨胀土干缩裂缝网络的曲折性。Ｓｃｏｔｔ［ 】根据经 验 研 究 了 土 体 裂 隙 密度 的 分 布 ，认 为 裂 隙 密 度 近 似服从指数分布 。ＶｏｇｅｌＥ 研 究 了裂隙的几何特征 。 Ｎａｈｌａｗｉ和 Ｋｏｄｉｋａｒａｔ １研 究 了在实 验室 条件下 比较 薄 的 粘 土 层 在 恒 温 恒 湿 条 件 下 裂 缝 的 发 展 情 况 。 Ｈ．ＮＡ ＨＬＡｗＩ『５１通 过观察裂缝 形态 的演化 ，来 解释
试 验 开始 前 ，分 别 填 筑 同样 的膨 胀 土 试 样 ，初 始含水率均为 ３０．０％，两个 区域之间用柔性格挡 ， 保证两部分土体 中间不开裂（见 图 １）．。
试 验期问 ，在 实际没有 降水 的天气 ，试 验槽两
２６２科技研究
城 市道 桥 与 防 洪
膨胀土工程特性试验研究
膨胀土工程特性试验研究膨胀土是一种含有强亲水性蒙脱石矿物，具胀缩性、多裂隙性和超固结性的特殊类土。
早在20世纪30年代，我国地质学家从土壤学和地层学的观点，曾对“成都黏土”和晋东南“紫色岩系”等膨胀岩土作了研究。
50～60年代，成渝铁路、太焦铁路和成昆铁路施工期发生膨胀土滑坡，湖北丹江口库区郧县新城遭受膨胀土的破坏，史淠杭灌区渠道开挖中也碰到膨胀土的威胁。
因此，在对膨胀土工程实践中积累了许多经验。
70年代以来，特别是90年代以来，我国建筑、铁路、水利、冶金和交通等部门开展了比较系统的膨胀土试验研究，包括室内试验、原位测试与长期观测，以及地基、边坡、洞室等工程的治理，获得了丰富的研究成果和工程实践，并相继召开了全国和国际膨胀土或非饱和土学术会议。
本章介绍了近几年在膨胀土的胀缩特性、土-水特征曲线、抗剪强度特性和改良处治等方面的室内试验研究成果。
第一节膨胀土的胀缩特性一、膨胀变形规律徐永福和缪林昌通过室内膨胀土土样的膨胀试验，研究不同击实膨胀土土样在不同压力作用下膨胀变形与土样初始含水率、干密度的关系，总结膨胀土的膨胀变形规律。
1.试验方法、膨胀变形试验在轻便固结仪上进行，控制膨胀土样不同的是初始含水率w击实干密度ρd和土样膨胀时所受的压力p。
压力是在试验前一次加上的，加压稳定后即可浸水膨胀。
水从土样底部单向浸入，试验过程中，尽量保持水面高度不变，以防止水面高度的变化对浸水速率的影响。
在环刀与土样间抹了少许黄油，以克服因环刀与土样之间的摩擦造成土样的不均匀膨胀变形。
膨胀变形结束后，土样达完全饱和状态。
2.膨胀变形随时间变化规律图3-1（a）和图3-1（b）表示初始含水率相同而干密度不同的膨胀土在不同压力下的膨胀变形随时间变化的规律。
从中看出：①压力抑制了水的浸入，抑制了膨胀变形量；②膨胀变形的初始速率受压力的影响不明显；③干密度对膨胀变形的初始速率影响较明显，干密度越大，初始膨胀变形速率越小；反之，干密度越小，初始膨胀变形速率就越大。
膨胀土干湿循环效应与微观机制研究
膨胀土干湿循环效应与微观机制研究一、本文概述膨胀土是一种特殊的黏性土，其独特的体积变化特性使得它在工程应用中具有重要的研究价值。
本文旨在深入探讨膨胀土在干湿循环作用下的效应及其微观机制，以期为解决膨胀土地区的工程问题提供理论依据。
文章首先介绍了膨胀土的基本特性，包括其成因、分类、分布和工程特性等。
随后，重点分析了干湿循环对膨胀土的物理性质、力学性质及微观结构的影响，探讨了膨胀土在干湿循环作用下的变形规律。
在此基础上，文章通过一系列室内外试验，深入研究了膨胀土干湿循环效应的微观机制，揭示了膨胀土体积变化的内在原因。
文章总结了膨胀土干湿循环效应的研究成果，并提出了相应的工程应用建议，以期为膨胀土地区的工程建设提供有益的参考。
二、膨胀土干湿循环效应膨胀土作为一种特殊的土类，其最显著的特征是在吸水和失水过程中发生的显著体积变化。
这种变化不仅影响了土的工程性质，还可能对建筑物和基础设施的安全稳定性造成威胁。
因此，研究膨胀土在干湿循环下的效应具有重要意义。
在干湿循环过程中，膨胀土的体积变化主要表现为吸水膨胀和失水收缩。
当膨胀土处于湿润状态时，土颗粒间的水分增加，使得土颗粒间的距离增大，导致土的体积膨胀。
相反，当膨胀土失水时，土颗粒间的水分减少，土颗粒间的距离减小，导致土的体积收缩。
这种周期性的体积变化不仅会导致土的密度、孔隙率和渗透率等物理性质的改变，还会引起土的力学性质的变化。
在干湿循环过程中，膨胀土的力学性质也会发生显著变化。
由于体积的变化，土的抗剪强度、压缩模量和变形模量等力学指标都会受到影响。
特别是在反复干湿循环下，土的抗剪强度会逐渐降低，土的压缩性和变形性会增加，使得土的稳定性降低。
干湿循环还会对膨胀土的微观结构产生影响。
在吸水膨胀过程中，土颗粒间的距离增大，颗粒间的连接变得松散，土的微观结构发生破坏。
而在失水收缩过程中，土颗粒间的距离减小，颗粒间的连接变得更加紧密，土的微观结构得到一定程度的恢复。
干湿循环条件下陕南膨胀土力学特性研究
第41卷第2期2021年4月西安工业大学学报Journal of Xi'an Technological UniversityVol.41No.2Apr2021DOI:10.16185/j.jxa_.2021.02.008干湿循环条件下陕南膨胀土力学特性研究‘支枭雄】，李宝平】，张玉12,王哲成】，王鹏1(1.西安工业大学建筑工程学院，西安710021；2.西安理工大学陕西省黄土力学与工程重点实验室，西安710048)摘要：为保证陕南膨胀土地区工程施工安全，以陕南膨胀土为研究对象，通过常规三轴试验，分析初始含水率和干湿循环次数两个因素对陕南膨胀土应力-应变关系和抗剪强度特性的影响。
结果表明：初始含水率和干湿循环次数均与膨胀土峰值强度呈负相关；第一次干湿循环对膨胀土峰值强度和抗剪强度的降低幅度远大于后续干湿循环；膨胀土在多次干湿循环作用下，黏聚力大幅降低造成抗剪强度衰减；黏聚力和内摩擦角随着初始含水率的增大而减小，且基本呈线性关系。
关键词：干湿循环；膨胀土；抗剪强度；三轴试验中图号：TU443文献标志码：A文章编号：1673-9965(2021)02-0174-07Study on Mechanical Properties of Expansive Soil in SouthernShaanxi under Wetting-Drying CyclesZHI Xiaoxiong1,LI Baoping1,ZHANG Yu12,WANG Zhecheng1犠ANG Peng1(1.School of Civil&Architecture Engineering,Xi?an Technological University,Xi'an710021,China；2ShaanxiKeyLaboratoryofLoess MechanicsandEngineering，Xi'an UniversityofTechnology，Xi'an710048，China)Abstract:In order to ensure the safety of engineering construction in the expansive soil area of southern Shaanxi,Taking the expansive soil in southern Shaanxi as the research object,through conventional triaxial tests,the influences of initial moisture content and number of wetting and drying cycles on the stress-strain relationship and shear strength characteristics of expansive soil in southern Shaanxi were analyzed and studied.The result shows:The initial moisture content and the number of we t inganddryingcyclesarenegativelycorrelatedwiththepeakstrengthofexpansivesoil；Thedecrease ofpeakstrengthandshearstrengthofexpansivesoilinthefirstdry-we t ingcycleismuchgreaterthan that in the subsequent cycles；Under the action of multiple dry and wet cycles,the cohesive force of the parameters of the expansive soil is greatly reduced，resultingin a t enuation ofshearstrength；The*收稿日期：2020-12-01基金资助：国家自然科学基金(11802218)；陕西省科技计划项目(019jQ432；019jQ-835)。
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第32卷第9期 岩 土 力 学 V ol.32 No. 9 2011年9月 Rock and Soil Mechanics Sep. 2011收稿日期：2010-01-28基金项目：国家自然科学基金资助（No. 51008035）；水利部岩土力学与工程重点实验室开放基金（No. G07-02）。
第一作者简介：张家俊，男，1984年生，硕士研究生，主要从事特殊土性质的研究工作。
E-mail: cynisam@文章编号：1000－7598 (2011) 09－2729－06干湿循环作用下膨胀土裂隙演化规律试验研究张家俊1, 2，龚壁卫2，胡 波2，周小文1，王 军1, 2（1. 华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点试验室，广州 510640；2. 长江科学院 水利部岩土力学与工程重点试验室，武汉 430010）摘 要：对南阳膨胀土在反复干湿循环作用下的裂隙演化规律进行了室内试验研究。
试验中采用烘干法模拟脱湿过程，采用抽气饱和法模拟饱和过程。
在脱湿过程中，定时对土样进行称重、定点拍照，以记录裂隙发育状况。
利用矢量图技术对裂隙照片进行矢量化处理，以提取裂隙的各种几何要素，继而进行裂隙度计算。
裂隙度变化规律分析结果表明，影响裂隙张开程度的关键因素并非土体含水率，而是含水率梯度，而脱湿速率的空间分布、土块渗透特性以及土块尺寸大小则是决定含水率梯度大小的关键因素；膨胀土裂隙在干湿循环的作用下会逐步发育，主要体现在裂隙总面积与总长度的增加，但此作用有限，裂隙的发育达到一定程度以后便会因为土块尺寸过小而停止；反复干湿循环会使土体产生范性变形，该范性变形与完整土块的胀缩特性并无直接联系，其主要成因是裂隙的发育与土体完整性的破坏，裂隙越发育，土体范性变形量越大。
关 键 词：膨胀土；干湿循环；裂隙演化规律；裂隙度；矢量图 中图分类号：TU 443 文献标识码：AStudy of evolution law of fissures of expansive clayunder wetting and drying cyclesZHANG Jia-jun 1, 2，GONG Bi-wei 2，HU Bo 2，ZHOU Xiao-wen 1，WANG Jun 1, 2（1. State Key Laboratory of Subtropical Building Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources, Yangtze River Scientific Research Institute, Wuhan 430010, China ）Abstract: In the present investigation, laboratorial test is conducted to study the evolution law of the fissures of Nanyang expansive clay under wetting and drying cycles. Oven drying method and vacuum saturating method are employed to simulate the drying and wetting process respectively. In order to record the development of fissures, the specimen is weighed and photographed regularly during the drying process. By employing the vector diagram technology to vectorize the fissures photos; the geometric characters of fissures are extracted before calculating the fissures ratios. Study of the regularity of fissures ratios changes proves that: the essential factor that influences the stretching degree of fissures is not water content, but the gradient of water content, which is mainly governed by the spatial distribution of desorption rate, the permeability characteristic of clod and the size of clod. Under wetting and drying cycles, the fissures of expansive clay will develop gradually, and it is mainly represented by the increase of total area and total length of fissures, but the role of wetting and drying cycles is limited, the development of fissures will cease when it comes to a certain degree due to the undersize of the clods. Expansive soil mass will encounter plastic deformation under wetting and drying cycles; this plastic deformation is not relevant to the swell-shrink characteristics of expansive clay, the development of fissures and the damage of soil mass integrity are the direct causes of this plastic deformation; a higher degree of fissures development gives rise to a more significant plastic deformation.Key words: expansive clay; wetting and drying cycles; evolution law of fissures; fissures ratio; vector diagram1 前 言南水北调中线工程总干渠全长1 432 km ，渠道沿线地质条件复杂，其中，穿越膨胀岩（土）渠道累计长约340余公里，因此，膨胀岩（土）渠坡的稳定是南水北调中线工程中的一个重要岩土工程研究课题。
膨胀土体的裂隙性对其工程性质影响极大。
一方面，裂隙的存在破坏土体的整体性，使其强度大为削弱；另一方面，裂隙也加剧了大气对土体的影岩 土 力 学 2011年响，使水分的入侵与土体的风干更为剧烈[1]。
因此，研究裂隙的演化规律及其对膨胀土体工程性质的影响，将有助于揭示膨胀土边坡失稳破坏机制，同时，也为制订膨胀土边坡处理措施奠定基础。
在有关膨胀土裂隙研究方面，国内学者曾作了很多尝试，并取得了不少有意义的成果，如：易顺民等[2]利用分形理论研究膨胀土裂隙的分形特征，并指出分维与膨胀土强度指标有很好的相关性；袁俊平等[3]利用光学显微镜对膨胀土进行观测，并探讨了以灰度熵作为膨胀土裂隙定量描述指标的可行性；马佳等[4]利用能精确控制湿度的试验装置，研究了裂土裂隙演化的过程，并对试验结果进行了理论分析。
然而，对反复干湿循环下膨胀土裂隙开展演化规律的研究至今仍鲜有报道，同时，从裂隙图像提取裂隙信息的技术仍不甚完善。
为此，本文尝试采用光栅图像矢量化技术对裂隙图像进行处理，根据提取的相关裂隙信息，对反复干湿循环作用下的膨胀土裂隙开展演化规律进行探索。
2 试验方案2.1 试样制备试验用样采自南水北调中线工程南阳现场试验段，为中膨胀土，土样具体物理特性见表1。
土样经风干碾碎后过2 mm 筛，制样含水率与干密度控制为25.4%与1.6 g/cm 3，采用击样法一次成型，制成高为2 cm ，直径为6.18 cm 重塑样，尔后采用真空饱和法进行饱和，抽气时间控制为4 h ，试样在真空下浸泡时间控制为10 h 。
表1 试样物理特性指标Table 1 Indices for physical characteristics of specimen塑性指数 自由膨胀率δ ef 液限W L17 /% 液限W L10 /% 塑限W p /%缩限 W s /%I P17I P1079 51.0 40.3 19.7 11.06 31.3 20.62.2 试验方案本次试验采用低温（70 ℃）烘干法模拟膨胀土土体脱湿过程，烘干时间控制为6 h 。
烘干过程中，分别于试验开始后10、20、30 min 、1、2、3、4、6 h 将土样取出称重并对土样顶面进行拍照。
为保证裂隙图像拍摄距离、位置及环境的一致性，特别制作一个能固定相机及土样的架子，以保证拍摄的距离及土样位置一致，同时拍摄时遮挡住一切外界光源，仅用日光灯进行照明，以保证拍摄环境一致。
脱湿过程结束后，将土样装进饱和器重新进行抽气饱和，抽气时间及浸泡时间均控制为 4 h 和 10 h ，饱和完成后，重新进行脱湿，如此反复5次，以模拟反复干湿循环过程。
3 裂隙定量评价方法3.1 裂隙度的定义与应用及裂隙图像处理手段裂隙的走向、倾角、宽度、深度、长度、及其分布密度等几何要素均与膨胀土土体的工程性质密切相关。
针对以上几何要素，前人曾提出了以裂隙面积率、裂隙长度比与土块平均面积比等为定义的裂隙度表达方法[5]：1f ln ii A Aδ==∑ （1）f ldδ=（2） 1f ln ii l Aδ==∑ （3）df A Aδ=（4） df n Aδ=（5） 式中：f δ为裂隙度；l 为裂隙的平均长度；d 为裂隙的平均间距；i l 为第i 条裂隙的长度；l n 为裂隙的总条数；A 为统计试样面积；d A 为被裂隙分割所成小土块的平均面积；d n 为裂隙将土体分割成小土块的总数；i A 为第i 条裂隙所占面积。