干濕循環(huán)作用下膨脹土開裂和收縮特性試驗(yàn)研究*

葉萬軍，萬　強(qiáng)，申艷軍，楊更社，董西好，王　銘

(西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

?

干濕循環(huán)作用下膨脹土開裂和收縮特性試驗(yàn)研究*

葉萬軍，萬強(qiáng)，申艷軍，楊更社，董西好，王銘

(西安科技大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

膨脹土的變形特性包括裂隙性和脹縮性，其中開裂和收縮特性對于膨脹土邊坡變形研究具有重要的作用。取陜西漢中十天高速公路邊坡膨脹土進(jìn)行室內(nèi)干濕循環(huán)試驗(yàn)，研究不同干濕循環(huán)次數(shù)下脫濕過程中膨脹土的開裂、收縮特性，觀察脫濕完全后裂隙的擴(kuò)展特性，探討收縮的方向性隨干濕循環(huán)次數(shù)和初始含水率的變化規(guī)律。結(jié)果表明：前2次干濕循環(huán)脫濕過程中，裂隙與收縮開展劇烈；脫濕過程中裂隙面積率先增大后減小，第1次干濕循環(huán)的裂隙面積率峰值最小，且出現(xiàn)時間較早；脫濕過程中收縮面積率先增大，后趨于平緩，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，收縮面積率逐漸增大直至第三次干濕循環(huán)趨于穩(wěn)定，前2次干濕循環(huán)其差值最大；隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的變形量逐漸增大，收縮比開裂更早趨于穩(wěn)定；裂隙的寬度和長度近似正態(tài)分布，裂隙面積概率隨著裂隙面積增加逐漸減??；膨脹土的收縮具有明顯的各向異性性質(zhì)，初始含水率越高，各向異性表現(xiàn)越明顯。

膨脹土；干濕循環(huán)；裂隙；收縮；面積率；各向異性

0　引　言

膨脹土及其工程問題一直是國內(nèi)外關(guān)注的重大問題，膨脹土有3個主要特性[1-2]，即脹縮性、裂隙性、超固結(jié)性。膨脹土變形特性包括脹縮變形和開裂變形，初始裂隙的產(chǎn)生為雨水入侵提供了有力條件，加劇了膨脹土的裂隙和脹縮發(fā)育，反復(fù)的干濕循環(huán)使得膨脹土裂隙和脹縮進(jìn)一步發(fā)展[3-6]。

國內(nèi)外專家對膨脹土做過大量的干濕循環(huán)試驗(yàn)研究[7-11]，姚海林、鄭少河等(2002)[12]應(yīng)用線彈性力學(xué)理論研究膨脹土的裂隙性，給出了裂隙擴(kuò)展的彈性力學(xué)解。楊和平、張銳等(2006)[13]對寧明原狀膨脹土進(jìn)行有荷載條件下的干濕循環(huán)試驗(yàn)，揭示膨脹土的脹縮變形過程其實(shí)并不完全可逆，荷載對膨脹土的脹縮幅度和強(qiáng)度衰減有抑制效果。黎偉、劉觀仕等(2014)[14]以膨脹土平面裂隙為研究對象，使用數(shù)碼攝影獲取多次濕干循環(huán)下的裂隙擴(kuò)展圖像，采用優(yōu)化和改進(jìn)的裂隙圖像處理及裂隙特征提取方法，分析所獲得的膨脹土裂隙各特征參數(shù)。劉華強(qiáng)、殷宗澤等(2014)[15]觀測了干濕循環(huán)過程中膨脹土裂縫的開展現(xiàn)象，揭示了裂縫的開展使膨脹土強(qiáng)度降低。易順民等(1999)[16]揭示了膨脹土裂隙網(wǎng)絡(luò)與裂隙形態(tài)特征兩者之間具有很好的統(tǒng)計自相似性，并且分維定量地描述膨脹土裂隙的力學(xué)效應(yīng)特征。綜上所述，目前國內(nèi)外學(xué)者雖然對膨脹土裂隙擴(kuò)張的力學(xué)解、特征參數(shù)、開展現(xiàn)象等做過大量的研究，對收縮特性也做過大量的定性和定量的研究，但同時對不同干濕循環(huán)次數(shù)下膨脹土開裂和收縮特性進(jìn)行對比分析的很少，對膨脹土開裂的幾何特征及收縮變形的定量與方向性研究較少。因此，有必要對干濕循環(huán)作用下膨脹土的開裂和收縮特性進(jìn)行深入的研究。

文中通過干濕循環(huán)試驗(yàn)，分析漢中膨脹土脫濕過程中的裂隙性和收縮性；借助Matlab軟件定量描述不同干濕循環(huán)次數(shù)下脫濕過程中裂隙面積率、收縮面積率的變化，并將兩者做比較；借助AutoCAD定量描繪脫濕完全后裂隙的開裂的寬度、長度、面積指標(biāo)的分布狀況；驗(yàn)證漢中膨脹土收縮的各向異性，研究初始含水率與膨脹土的收縮方向性的關(guān)系。

1　試驗(yàn)設(shè)計

1.1試驗(yàn)土樣

試驗(yàn)用土取自漢中石天高速公路膨脹土邊坡，呈灰白、灰綠、蛋青等不同的顏色，硬塑-可塑狀，含鐵錳質(zhì)膠膜及鐵錳質(zhì)小結(jié)核，黏性較強(qiáng)，屬中膨脹土。試樣主要物理參數(shù)見表1.

表1　試樣的基本物理性質(zhì)指標(biāo)

1.2試樣制備

土樣經(jīng)風(fēng)干碾碎后過2 mm篩，制成高2 cm，直徑6.18 cm環(huán)刀樣重塑樣。開展不同干濕循環(huán)次數(shù)脫濕過程中裂隙面積率和收縮面積率變化試驗(yàn)和脫濕完全開裂的寬度、長度、面積指標(biāo)的分布狀況試驗(yàn)，并論證膨脹土方向性試驗(yàn)，制成目標(biāo)含水率和干密度為20.9%，1.65 g/cm3的重塑土。其中探究幾何因子和初始含水率關(guān)系新試驗(yàn)中，制備目標(biāo)初始含水率為10%，14%，18%，22%，26%，30%，34%的試樣，試樣采用擊樣法一次成形。每個試驗(yàn)按照相同的條件設(shè)置3組，3組試驗(yàn)同時進(jìn)行，結(jié)果取試驗(yàn)平均值。

1.3干濕循環(huán)

在室內(nèi)對試樣進(jìn)行增濕與脫濕模擬膨脹土干濕循環(huán)過程。采用真空飽和法進(jìn)行飽和增濕，增濕到35%，將試樣置于試樣飽和器中，在抽氣飽和過程中，飽和器將限制試樣的膨脹變形，保持密度不變，試樣在真空下浸泡增濕時間控制為12 h.試樣在電熱恒溫干燥箱內(nèi)采用低溫(60 ℃)烘干法模擬膨脹土脫濕過程，烘干時間控制為12 h，脫濕到含水率4%認(rèn)為脫濕完全，誤差控制在±0.5%，從試樣的飽和增濕至風(fēng)干脫濕為一次干濕循環(huán)，如此反復(fù)循環(huán)，以模擬膨脹土的多次干濕循環(huán)過程。在烘干脫濕過程中，將試樣取出對脫濕0.5，1，2，3 h及以后后每隔1h的試樣進(jìn)行拍照，并稱重計算其此時含水率。圖1為試樣在0次和1～5次干濕循環(huán)脫濕0.5 h的圖片。

圖1　干濕循環(huán)的土樣Fig.1　Soil samples of wetting-drying cycles (a) N=0　(b) N=1，T=0.5 h　(c) N=2，T=0.5 h (d)N=3,T=0.5 h　(e) N=4,T=0.5 h　(f)N=5,T=0.5 h

2　干濕循環(huán)對裂隙和收縮的影響

2.1表面裂隙和收縮定性評價

從圖1觀察到，1～2次干濕循環(huán)過程中，裂隙的總長度與總面積均在逐漸增大，前兩次干濕循環(huán)升幅最為明顯，第3次干濕循環(huán)后增速變緩，到第5次干濕循環(huán)時裂隙最大。在前兩次干濕循環(huán)過程中邊緣與環(huán)刀逐漸脫離，試樣收縮面積逐漸增大，到第3次干濕循環(huán)時逐漸趨于穩(wěn)定。脫濕過程中試樣表面先出現(xiàn)小裂隙，而后逐漸張開，寬度加大，小裂隙逐漸發(fā)展貫通合并成大裂隙，在試驗(yàn)進(jìn)行至0.5～1 h，裂隙的張開程度達(dá)到最大，裂縫開展越來越大，之后裂隙閉合，裂隙以徑向裂隙主，環(huán)向裂隙分布較零散且寬度較小。

2.2干濕循環(huán)對裂隙面積率和收縮面積率的影響

2.2.1評價方法

裂隙的走向、寬度、長度、深度等幾何要素均與膨脹土的工程性質(zhì)有很大關(guān)系，綜合以上要素，提出裂隙面積率、收縮面積率指標(biāo)對膨脹土裂隙和收縮特性進(jìn)行定量評價，其中裂隙面積率為表面裂隙面積與試樣原始表面面積的比值，收縮面積率為表面收縮面積與試樣原始表面面積的比值。式(1)為裂隙面積率公式，式(2)為收縮面積率公式。

(1)

(2)

式(1)(2)中εC為裂隙面積率；AC為表面裂隙面積；A0為試樣烘干前面積；εA為收縮面積率；AS為收縮面積；A1為試樣烘干后面積(含裂隙)。以上數(shù)據(jù)都可以通過Matlab軟件讀取，通過換算得到裂隙面積率和收縮面積率。

2.2.2圖像處理技術(shù)

為獲得裂隙和收縮的定量信息，采用Matlab軟件對圖像進(jìn)行矢量化處理。對照片使用二值化處理時，采用不同的閾值分割處理會得到不同長、寬的裂隙。將試樣圖像經(jīng)過二值化處理，可以看出試樣裂隙和收縮開展的過程，并且能夠得出試樣裂隙和收縮面積。圖2為二值化處理后的試樣。

2.2.3裂隙和收縮特征的定量分析

為了定量描述膨脹土脫濕過程中裂隙和收縮特性，繪制裂隙面積率、收縮面積率與含水率的關(guān)系曲線，如圖3，4所示。圖5為裂隙面積率和收縮面積率隨著干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。

圖3　脫濕過程中裂隙面積率的變化曲線Fig.3　Change curve of the area ration of crack in the dehumidifying praess

圖4　脫濕過程收縮面積率的變化曲線Fig.4　Change curve of the area ration of shrinkage in the dehumidifying process

圖5　面積率與循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線Fig.5　Curves of area ratio and cycle number

從圖3中可以看出，在脫濕過程中試樣裂隙面積率先增大后減小，存在峰值。在第一次干濕循環(huán)脫濕過程中，裂隙面積率峰值出現(xiàn)較早，且峰值強(qiáng)度最小，第一次峰值為5.2%，2～5次峰值都在7%～8%，相差較大。脫濕到4%時的裂隙面積率隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加逐漸增大。

從圖4中可以看出，在脫濕過程中試樣收縮面積率先增大，含水率低于24%逐漸趨于穩(wěn)定。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，穩(wěn)定后的收縮面積率逐漸增大，且在前2次干濕循環(huán)之間差值最大，2～3次次之，3～5次變化最小。

從圖5中可見，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的變形越來越大，收縮面積率先增大后趨于穩(wěn)定，裂隙面積率逐漸增加。收縮比開裂更早趨于穩(wěn)定。

分析認(rèn)為：第1次干濕循環(huán)脫濕過程中，土體表面脫水速率比下部快，表面開始收縮，下部抑制表面收縮，試樣表面抗拉強(qiáng)度小于收縮拉應(yīng)力，于是試樣表面形成較小的網(wǎng)狀裂隙。到第2次干濕循環(huán)試樣已有裂隙，增濕過程水分進(jìn)入裂隙中，減弱了下部土體對上部的抑制，同時原有裂隙使得脫濕速率加快，試樣開始全面收縮和開裂，這解釋了第1次脫濕和第2次脫濕裂隙面積率、收縮面積率相差較大的原因。到第3次干濕循環(huán)，原有裂隙不斷積累、延伸，試樣損傷程度進(jìn)一步加大，快到達(dá)極限，收縮增大不明顯了。側(cè)向應(yīng)力不變，水分進(jìn)入裂隙通道一定程度上還是加大了裂隙面積率，故試樣的總體變形逐漸增大。到第5次干濕循環(huán)，試樣總變形量達(dá)到最大。同時試樣在同一脫濕過程中，試樣裂隙先增大，收縮力的產(chǎn)生會對試樣側(cè)面施加了一個側(cè)應(yīng)力，導(dǎo)致裂隙開始減小，這解釋了脫濕過程中裂隙面積率先增大后減小的現(xiàn)象。因第1次干濕循環(huán)裂隙損傷較小，進(jìn)入裂隙的水分有限，故其脫濕裂隙面積率峰值比后幾次都較小且早。試樣脫濕過程中收縮面積率先增大，后由于疲勞達(dá)到極限，收縮逐漸趨于穩(wěn)定。

3　膨脹土的開裂規(guī)律及裂縫定量描述

將未進(jìn)行干濕循環(huán)的環(huán)刀試樣在電熱恒溫干燥箱內(nèi)調(diào)至60 ℃烘烤12 h，模擬膨脹土脫濕干裂過程，烘烤后對餅狀試樣進(jìn)行拍照。土樣開裂一般都是以Y和I型開始的，隨著脫濕的時間的增加，細(xì)小裂隙開始從Y和I型裂隙開始延伸成網(wǎng)狀，并逐漸擴(kuò)大。當(dāng)脫濕完全后，裂隙穩(wěn)定，形成許多多邊形，其中以四邊形為主。用AutoCAD軟件對裂隙其進(jìn)行描繪，從而得出相應(yīng)的裂隙寬度、長度、面積，對其進(jìn)行統(tǒng)計，描繪出其分布如圖6～8所示。

圖6　裂縫寬度分布圖Fig.6　Width distribution

圖7　裂縫長度分布Fig.7　Length distribution

圖8　裂縫面積分布Fig.8　Area distribution

從圖6和圖7可以看出，隨著裂隙寬度和長度的增大，其概率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，都服從正態(tài)分布。寬度在2～3 mm之間達(dá)到最大概率33.9%，長度在1.5～2.0 mm之間達(dá)到最大概率24.1%，兩者的最小值和最大值概率都很小。從圖8可以看出裂隙面積在0～2 cm2之間為最大概率33%，隨著裂隙面積的增大，其概率逐漸減小，裂隙面積在16～18 cm2之間概率最小，幾乎為0.

4　膨脹土徑向和豎向收縮量分析

膨脹土在脫濕過程中變形呈現(xiàn)三維變化，徑向收縮，高度同時減小。對目標(biāo)含水率為20.9%的試樣進(jìn)行不同干濕循環(huán)次數(shù)下的脫濕試驗(yàn)，并得出試樣的徑向、豎向最終收縮率，圖4脫濕到4%時的收縮面積率可以作為參考，試樣烘干收縮前后高度相對變化率為式(3)，高度相對變化率為試樣烘干收縮前后高度變化量與原始高度的比值。

(3)

式中εV為試樣高度相對變化率；h0為試樣烘干前高度；h1為試樣烘干后高度。

得出高度相對變化率εV= 1.8%～3.4%.從圖5可見，試樣脫濕烘干前后徑向收縮面積變化率εA= 1.2%～6.3%.烘干前后收縮面積變化率用式(4)表示。

(4)

式中εA為試樣收縮面積變化率；εr為試樣徑向變化率；D0，D1分別為試樣烘干前、后直徑。試樣烘干前后直徑變化量與原試樣直徑相差不大，故εA=2εr，根據(jù)收縮面積率可以推算出試樣徑向變化率為0.6%～3.15%.圖9為徑向、高度變化率與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線圖。

圖9　徑向、高度變化率與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線圖Fig.9　Relationship of wetting-drying cycles and relative difference height and radial direction

比較圖9的徑向變化率、高度相對變化率和干濕循環(huán)次數(shù)關(guān)系可知，1～3次時試樣烘干前后徑向變化率εr小于高度相對變化率εV，即εr<εV；3～5次時εr>εV，說明漢中膨脹土脫濕過程的收縮特性具有各向異性。

為進(jìn)一步定量的探索漢中膨脹土的收縮的方向性，引用Bronswijk[17]評價膨脹土變形的各向異性的幾何因子rs，幾何因子為通過試樣干燥前后的體積、高度2個變量借助公式運(yùn)算來評價膨脹土變形的方向性的一種指標(biāo)，即式(5)

(5)

式中VS與 VO分別為土干燥后與干燥前的體積；ZS與ZO分別為干燥后與干燥前的高度。rs=3表示各向同性收縮，rs≠3表示各向異性收縮，rs<3以豎向變形為主，rs>3以徑向變形為主。

制備目標(biāo)初始含水率為10%，14%，18%，22%，26%，30%，34%的環(huán)刀試樣，放入電熱恒溫干燥箱，以此開展未干濕循環(huán)下的脫濕新試驗(yàn)，溫度控制為60 ℃，烘干時間控制為12h，烘干結(jié)束后測量其高度，所得結(jié)果取3次試驗(yàn)平均值。綜合所得數(shù)據(jù)和圖4繪制出初始含水率與幾何因子的關(guān)系曲線如圖10所示。

圖10　初始含水率與幾何因子的關(guān)系曲線圖Fig.10　Relationship of the initial moisture content and the geometrical factor

從圖10上可以看出，幾何因子都在3以上，這與上述的漢中膨脹土各向異性描述符合。隨著含水率的增加，幾何因子在初始含水率10%～14%先增加，之后逐漸減小，但都大于3，表明徑向變形為主，含水率達(dá)到26%時接近3，并隨著初始含水率的增加，其幾何因子逐漸靠近3，說明隨著初始含水率的增加，試樣越接近飽和，試樣的收縮逐漸變?yōu)楦飨蛲浴?/p>

5　結(jié)　論

1)膨脹土脫濕變形分為開裂變形與收縮變形，對膨脹土干濕循作用下裂隙和收縮定性評價，干濕循環(huán)1～2次過程中裂隙與收縮開展劇烈，到第3次干濕循環(huán)后收縮逐漸趨于穩(wěn)定，裂隙稍有增加；

2)提出裂隙面積率、收縮面積率指標(biāo)借助Matlab軟件對膨脹土裂隙和收縮特性進(jìn)行定量評價。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，裂隙面積率不斷增大，收縮面積率逐漸增大直至第三次干濕循環(huán)趨于穩(wěn)定，且都在前2次干濕循環(huán)之間差值最大，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的總變形逐漸增大，收縮比開裂更早趨于穩(wěn)定。在脫濕過程中裂隙面積率先增大后減小，第1次干濕循環(huán)過程中其峰值比后幾次都較小且早，收縮面積率先增大后逐漸趨于穩(wěn)定；

3)膨脹土的開裂特征以Y和I型逐漸向外延伸成網(wǎng)狀，多以四邊形為主，用AutoCAD對裂隙其進(jìn)行描繪，從而繪出相應(yīng)的裂隙寬度、長度、面積分布規(guī)律圖，裂隙的寬度和長度分布接近正態(tài)分布，裂隙面積概率隨著裂隙面積增大逐漸減??；

4)漢中膨脹土收縮特性具有各向異性，初始含水率越大，幾何因子逐漸減小接近于3，代表試樣的收縮越接近各向同性。

References

[1]李生林.中國膨脹土工程地質(zhì)研究[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

LI Sheng-lin.Study on the engineering geology of expansive soil in China[M].Nanjing：Jiangsu Science and Technology Press，1992.

[2]譚羅榮，孔令偉.特殊巖土工程土質(zhì)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

TAN Luo-rong，KONG Ling-wei.Soil science of special geotechnical engineering[M].Beijing：Science Press，2006.

[3]劉特洪.工程建設(shè)中的膨脹土問題[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.

LIU Te-hong.Expansive soil problems in engineering construction[M].Beijing：China Architecture and Building Press，1997.

[4]袁俊平.非飽和膨脹土的裂隙概化模型與邊坡穩(wěn)定研究[D].南京：河海大學(xué)，2003.

YUAN Jun-ping.Generalized model of fissures distribution and slope stability analysis for unsaturated expansive soils[D].Nanjing：Hohai University，2003.

[5]包承綱.非飽和土的性狀及膨脹土邊坡穩(wěn)定問題[J].巖土工程學(xué)報，2004，26(1)：1-15.

BAO Cheng-gang.Behavior of unsaturated soil and stability of expansive soil slope[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2004，26(1)：1-15.

[6]曾召田，呂海波，趙艷林，等.膨脹土干濕循環(huán)效應(yīng)及其對邊坡穩(wěn)定性的影響[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2012，20(6)：934-939.

ZENG Zhao-tian，Lü Hai-bo，ZHAO Yan-lin，et al.Wetting-drying effect of expansive soils and its influence on slope stability[J].Journal of Engineering Geology，2012，20(6)：934-939.

[7]葉萬軍，楊更社，郭西山.黃土邊坡剝落病害的類型及其發(fā)育特征[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2010，30(1)：52-57.

YE Wan-jun，YANG Geng-she，GUO Xi-shan.The loess slope peeling the type of the disease and its developmental characteristics[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2010，30(1)：52-57.

[8]胡志平，丁亮進(jìn)，王宏旭，等.干濕循環(huán)下石灰黃土墊層透水性和強(qiáng)度變化試驗(yàn)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2011，31(1)：39-45.

HU Zhi-ping，DING Liang-jin，WANG Hong-xu，et al.Lime loess cushion under dry-wet circulation water permeability and strength change test[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2011，31(1)：39-45.

[9]段付珍.干濕循環(huán)機(jī)制下混凝土氯離子侵蝕試驗(yàn)研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2011.

DUAN Fu-zhen.Under the dry-wet circulation mechanism of concrete chloride ion erosion test research[D].Xi’an:Xi’an Building University of Science and Technology，2011.

[10]楊更社，田俊峰，葉萬軍.凍融循環(huán)對陽曲隧道黃土細(xì)觀損傷演化規(guī)律影響研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2014，34(6)：635-640.

YANG Geng-she，TIAN Jun-feng，YE Wan-jun.Influence of freeze-thaw cycles on Yangqu tunnel loess meso-damage evolution[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2014，34(6)：635-640.

[11]楊更社，魏堯，田俊峰，等.凍融循環(huán)對結(jié)構(gòu)性黃土構(gòu)度指標(biāo)影響研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2015，35(6)：675-681.

YANG Geng-she，WEI Yao，TIAN Jun-feng，et al.Effect of the freeze-thaw cycles on structural loess structure index[J].Journal of Xi’an University of Science and Technology，2015，35(6)：675-681.

[12]姚海林，鄭少河，葛修潤，等.裂隙膨脹土邊坡穩(wěn)定性評價[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2002，21(2)：2 331-2 335.

YAO Hai-lin，ZHENG Shao-he，GE Xiu-run，et al.Assessment on slope stability in cracking expansive soils[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2002，21(2)：2 331-2 335.

[13]楊和平，張銳，鄭健龍．有荷條件下膨脹土的干濕循環(huán)脹縮變形及強(qiáng)度變化規(guī)律[J]．巖土工程學(xué)報，2006，28(11)：1 936-1 941.

YANG He-ping，ZHANG Rui，ZHENG Jian-long.Crack propagation law of compacted expansive soils under wetting-drying cycles[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2006，28(11)：1 936-1 941.

[14]黎偉，劉觀仕，汪為巍，等.濕干循環(huán)下壓實(shí)膨脹土裂隙擴(kuò)展規(guī)律研究[J].巖土工程學(xué)報，2014，35(7)：1 302-1 308.

LI Ming，LIU Shi-wang，WANG Wei-wei,et al.Crack propagation law of compacted expansive soils under wetting-drying cycles[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，35(7)：1 302-1 308.

[15]劉華強(qiáng)，殷宗澤.裂縫對膨脹土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2010，31(3)：727-731.

LIU Hua-qiang，YIN Zong-ze.Test study of influence of crack evolution on strength parameters of expansive soil[J].Rock and Soil Mechanics，2010，31(3)：727-731.

[16]易順民，黎志恒，張延中.膨脹土裂隙結(jié)構(gòu)的分形特征及其意義[J].巖土工程學(xué)報，1999，20(3)：38-42.

YI Shun-Min，LI Zhi-heng，ZHANG Yan-zhong.Expansive soil fractal characteristics of fissure structure and its significance[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，1999，20(3)：38-42.

[17]Bronswijk J J B.Shrinkage geometry of a heavy clay soil at various stresses[J].Soil Science Society of America Journal，1990，54(5)：1 500-1 502.

Cracking and shrinking properties of expansive soil under wetting-drying cycles

YE Wan-jun，WAN Qiang，SHEN Yan-jun,YANG Geng-she，DONG Xi-hao，WANG Ming

(CollegeofArchitectureandCivilEngineering，Xi’anUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710054，China)

The deformation characteristics of expansive soil include crack and swell-shrink,the cracking and shrinking characteristics for the research of the deformation in expansive soil slope play an important role.Taking expansive soil of slope in ten days highway in Hanzhong city in shanxi province to do the test of wetting-drying cycles indoor,studying cracking and shrinking properties of expansive soil in the dehumidifying process under different wetting-drying cycles,observing the extensional features of crack after dehumidifying completely,to explore the direction of the shrinkage varying with wetting-drying cycles and the initial moisture content.The results showed that:in 2 times of dehumidifying process under wetting-drying cycles，crack and shrinkage develop acute.The area ratio of crack increases in dehumidifying process firstly，then decreases，it is minimum and appears earlier in the first wetting-drying cycle.The area ratio of shrinkage increases firstly in dehumidifying process，then tends to stable，the area ratio of shrinkage increases gradually with the increase of wetting-drying cycles，it doesn’t tend to be stable until the third wetting-drying cycle,and the change is the biggest in 1-2 wetting-drying cycles.With the increasing of wetting-drying cycles，the deformation of specimen gradually increases,shrinkage earlier than crack tends to be stable.The width and length of crack appear to be normal distribution，the probability of the cracking area with the increasing of the cracking area decreases.The shrinkage of expansive soil has obvious anisotropy,the higher the initial moisture content is,the more apparent anisotropy becomes.

expansive soil;wetting-drying cycles;crack;shrinkage;the area ratio;anisotropy

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0414

1672-9315(2016)04-0541-07

2016-05-10責(zé)任編輯：李克永

陜南地區(qū)高速公路膨脹土邊坡預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究項(xiàng)目(14-13k)；國家自然科學(xué)基金(41172262)；教育部新世紀(jì)人才支持計劃項(xiàng)目(No.NCET-12-1044)；陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計劃(No.2014KCT-30)

葉萬軍(1976-)，男，陜西丹鳳人，博士，教授，E-mail:63451400@qq.com

TU 44

A