周期性的蒸发和降雨作用导致膨胀土裂隙发育,而裂隙对土体的水力及强度特性有很大影响。为研究膨胀土在干湿循环作用下的裂隙发展规律及其土水特征,采用CT扫描技术和图像处理程序定量分析裂隙的发育演化过程;利用压力板仪进行合肥膨胀土土水特征曲线的干湿循环效应试验。研究结果表明:基于CT图像可以得到试样内部裂隙的二维、三维结构及其定量化分析指标;各个裂隙指标的裂隙发育过程可以用logistic函数的生长曲线描述。裂隙对膨胀土的土水特征曲线影响较大,裂隙膨胀土的土水特征曲线呈"双峰"形态;随干湿循环次数增加,膨胀土持水能力降低,不同循环次数的土水特征曲线差异性明显,吸力200~450 k Pa阶段,不同循环次数下膨胀土土水特征曲线逐渐趋于一致;干湿循环对SWCC1和SWCC2特征点(进气值,残余值)的影响程度不同;通过灰色关联法分析发现,平均裂隙宽度、内表面积、平均裂隙长度、体积裂隙度和面积裂隙度均与裂隙膨胀土的持水能力有显著的相关联性;以干湿循环次数和基质吸力为变量建立双峰土水特征曲线模型,采用合肥膨胀土的土水特征曲线试验数据验证了模型的精确性及可靠性,饱和含水率、拟合参数都与干湿循环次数呈良好的相关性。
利用基于轴平移技术的Geo-Expert高级型应力相关土-水特征曲线压力板仪研究不同覆土压力(0、40、100、200 k Pa)对南阳膨胀土土水特征曲线(soil-water characteristic curve,SWCC)的影响;并对提出的考虑土体变形及多孔隙分布形态的双应力变量广义SWCC表征方程进行如下试验验证:1)不同覆土压力下微多孔隙分布形态的南阳膨胀土侧限固结试验及脱湿试验SWCC验证;2)零净法向应力状态双孔隙尺度硅藻土双峰SWCC试验验证;3)不同净围压状态下单孔隙尺度韩国残积土SWCC试验验证;4)多应力路径下法国Bapaume黄土,不同初始干密度下日本Edosaki砂土在脱湿-吸湿过程SWCC试验验证;并比较分析新方程与van Genuchten方程及Fredlund等方程的差异性。结果表明:1)覆土压力会显著改变膨胀土结构及孔隙通道,进而改变SWCC边界效应区、过渡区形态;也改变了双重孔隙尺度土壤的进气值;第1个波峰SWCC进气值均在1 k Pa左右;相比于零覆土压力试样,40、100、200 k Pa覆土压力试样第2个波峰SWCC进气值分别高4.74、17.58、67.23 k Pa;2)未考虑净法向应力影响的单应力状态多峰SWCC、考虑侧限双应力状态多峰SWCC、各向同性净法向应力单峰SWCC、不同脱湿-吸湿路径SWCC及不同初始干密度的SWCC试验拟合曲线均表明,双应力广义SWCC具有包容复杂影响因素的能力;3)新方程能够利用至少3个土-水数据即可拟合出具有较高的精度的整条SWCC。研究为定量描述土壤的持水、渗透及强度特性提供参考。
