3.4.1　概述

在自然条件下，由于降雨、蒸发、温度等因素的周期性变化，土体经历干湿循环并产生干缩湿胀往复变形，土体结构物理力学性质随之发生显著变化。干湿循环造成土体内部裂隙的扩展（刘祖德等，1993；刘松玉等，1999；卢再华等，2002；Zemenu等，2009；张虎元等，2011），随之引起土体渗透特性（Albrecht和Benson，2001）和抗剪强度特性（杨和平等，2006）的改变，许多岩土工程如路基、地基、挡土墙、垃圾填埋场、核废料深层地质处置库中出现的工程问题都与此有关。比如膨胀土边坡工程，干旱少雨季节出现水分大量蒸发，坡面上往往出现纵横交错的干缩裂隙网，极大破坏了坡体的整体性和稳定性；雨季来临时，雨水顺着这些裂隙快速进入坡体内部，降低了土体的强度，如此循环往复，造成土体的损伤、弱化土体的强度，诱发滑坡灾害的发生（孔令伟等，2007；殷宗泽等，2012）。再比如，城市垃圾卫生填埋场的覆盖层，在周期性的降雨和蒸发作用下，很容易因收缩而开裂，渗透系数成倍增加，导致覆盖层的屏障功能失效（Albrecht和Benson，2001）。还有在核废料深层地质处置库中，在温度梯度和围岩地下水的共同作用下，作为缓冲材料的高黏粒含量的膨润土会经历干湿循环，产生胀缩往复变形，甚至出现裂隙，从而为放射性核素的迁移提供快捷通道，对环境产生威胁（陈永贵等，2017）。

掌握干湿循环过程中土结构演化特征对研究土体收缩裂隙的形成机理及其对气候的响应有重要科学意义，尤其对裂隙性膨胀土边坡的优化设计和极端气候条件下边坡失稳的早期预报有实用价值（唐朝生和施斌，2011）。

近年来，许多学者围绕膨胀性土的湿胀干缩特性开展了大量的试验工作。研究结果表明，试样在干湿循环过程中所呈现的胀缩变形特性受初始含水率或吸力状态（Basma等，1996；John和Robert，2006）、试验的加荷条件（Dif和Blumel，1991；Alonso等，2005）、干湿循环路径（Miao等，2002；龚壁卫等，2004；于响等，2015；孙文静等，2014）以及干湿循环方法（唐朝生和施斌，2011）等因素的影响。Chu和Mou（1973）对高塑性膨润土进行了干湿循环的膨胀变形试验，研究了膨胀变形中可恢复性变形和不可恢复性变形。在初始循环中试样产生了较大的不可恢复性膨胀变形，即塑性变形，之后的干湿循环中，可恢复变形相对较小，如图3.42所示。Alonso等（2005）研究了膨润土在各种应力水平下湿化-干化循环产生膨胀和压缩变形的累积，指出在控制吸力条件下，试样所表现的胀缩变形可分为两部分：微观结构变形和宏观结构变形。一般情况下，微观结构变形是可逆的，而宏观结构变形的可逆性与干湿循环过程中的累积变形量有关。叶为民等（2011）研究了湿-干-湿循环下高庙子钠基膨润土的微观结构的演变，得到了二次吸湿与一次吸湿微观孔隙的差异。Tang等（2011a）使用图像处理技术研究了干湿循环下膨胀土泥浆样的裂隙演化规律，以及干湿循环次数对其水力-力学特性及裂隙演变的影响。

图3.42　干湿循环过程中膨胀变形的累积（Chu和Mou，1973）