Page 116 - 水利学报2021年第52卷第3期

减小干湿循环幅度以避免减湿至最劣含水率，从而保证压实黄土施工完成后干湿循环使其三轴剪切
强度的劣化程度降到最低。
3.5 剪切强度劣化机制分析 干湿循环使压实施工完成后的黄土体初始结构发生损伤，结构的损伤

导致其强度发生劣化。增湿过程使压实黄土中的微小土颗粒不断填充大孔隙，使大孔隙向中小孔隙
演化，但总孔隙率增大，导致土颗粒间的吸附强度减弱；减湿过程会使土样内部和表面产生裂隙
（图 9），裂隙又使土样的孔隙率增大，进一步加剧吸附强度的减弱；孔隙数量增多和裂隙的发育是导
致压实黄土发生结构损伤和强度降低的主要因素。随着干湿循环幅度的增大，土样在减湿过程中，
体积含水率不断减小，基质吸力不断增大，基质吸力的增加不仅加剧了土样中裂隙的发育，同时由
基质吸力导致的压应力使土颗粒间的孔隙间距减小，孔隙比减小。

图 9 干湿循环过程中试样表面裂隙发育

当干湿循环次数小于临界干湿循环次数时，增、减湿不仅使土中孔隙率增大，还会使土的孔隙
率减小，在这一阶段，孔隙率以增大为主，最终导致压实黄土的三轴剪切强度降低。当干湿循环次
数大于临界干湿循环次数时，基质吸力对土颗粒的反复作用使土颗粒相互靠近，孔隙比相对降低；
颗粒对大、中孔隙和裂隙的充填减小了孔隙率和提高了颗粒间的联结作用及咬合作用，使压实黄土
的三轴剪切强度相对于临界干湿循环次数所对应的三轴剪切强度有所增大，但增大幅度相对较低。
随着干湿循环次数的不断增加，最终压实黄土的三轴剪切强度趋于定值，该定值不会达到或超过压
实黄土的初始三轴剪切强度。

为进一步验证上述分析的合理性，对压实黄土 a、b、c、d 路径的试样分别在干湿循环作用 0
次、3 次、6 次和 12 次后的试样进行电镜扫描试验得到 SEM 图像，限于篇幅，本文只列出干湿循环 c
路径的 SEM 图像见图 10。对的 SEM 图像分析可知：干湿循环为 0 次时，干密度为 1.70 g/cm 的压实黄
3
土骨架颗粒为集粒，呈凝块状；颗粒间以线-面、面-面的镶嵌接触为主；颗粒间以中、小孔隙为
主，大孔隙含量相对较少；土颗粒棱边、棱角相对比较明显（图 10（a）（e））。随着干湿循环次数的增

加，颗粒间的线-面接触减少，面-面接触增加；土中孔隙由大、中孔隙逐渐向中、小孔隙演化（图 10
（b）—（d）（f）—（h））。增湿过程中水的作用使微小颗粒填充颗粒间大孔隙和中孔隙，初始结构发生损
伤，大、中孔隙不断向中、小孔隙演化，使孔隙数量增加；另外随着团粒表面微小颗粒和可溶盐被
冲刷，团粒内部孔隙数量增加，总孔隙率增大。减湿过程中土发生干缩，干缩使土中裂隙和微裂隙
发育，增大了压实黄土的孔隙率。当干湿循环次数超过临界干湿循环次数（c 路径为 6 次）时，土中微
小颗粒不断填充大、中孔隙，同时干缩导致土体体积减小，土中孔隙率降低 ［25］ 。

图 10 c 路径不同干湿循环次数的 SEM 图像
— 366 —