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粒排列紧密，对干湿循环作用的抵抗能力较强，因此，为了使试验土体在干湿循环过程中充分劣
化，本试验分别对 3 种工况下的原状黄土试样进行 12 次干湿循环，并在第 1、3、6、9、12 次循环后
进行三轴压缩和扫描电镜试验。
（2）三轴剪切试验。研究通过 GDS 静态三轴仪进行三轴固结不排水剪切试验，采用应变控制，根据
《土工试验方法标准》（GB/T 50123-2019），剪切速率设为 0.08 mm/min。分别对不同工况和干湿循环次数下
的原状黄土试样重复进行 3次剪切试验，用以确定不同循环条件下黄土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角，
测试含水率为各工况的干湿循环下限含水率，即工况 1和工况 2为 10%，工况 3为 18%。受开挖卸荷作用
影响，深埋黄土隧道围岩压力一般在 100 ~ 500 kPa左右，本次试验围压σ 分别取 100、200、300 kPa。
3
（3）扫描电镜试验。采用 JSM-6460LV 型低高真空数字化电子显微镜进行扫描电镜试验，基于不
同工况和干湿循环次数下原状黄土的微观图像，直观观测土颗粒与孔隙的形态和结构特征，定性分
析黄土微观结构的演化规律，通过 ipp 软件进行图像处理定量获取黄土微观结构参数。为确保清晰观
测到黄土颗粒和孔隙的微观结构，试验中微观图像的放大倍数取为 1000 倍。孔隙面积比 F 为孔隙总
面积 A 和图像总面积 A 的比值，用于衡量黄土中的孔隙含量，孔隙面积比越大则孔隙含量越高；孔
V
0
隙分形维数 D 可以反映黄土中孔隙结构的复杂程度，分形维数越大则孔隙分布越复杂，孔隙集中度
越高，计算公式见下。
F = A V A 0 （1）
D = 2(lgL - C ) lgA （2）

式中：F 为孔隙面积比；D 为孔隙分形维数； A 为孔隙总面积；A 为图像总面积；L 为孔隙等效周
V
0
长；A 为单个孔隙面积；C 为常数。A 、A 、L 和 A 可由图像处理直接得到。
V
0
2.3 试验结果及分析
（1）宏观和微观土性参数定量分析。不同干湿循环工况下原状黄土峰值偏应力随循环次数的
变化曲线如图 1 所示。随着干湿循环次数的增加，原状黄土试样的峰值偏应力持续降低，同一工
况不同围压下，峰值偏应力变化曲线整体相似（图 1（a））。工况 2 条件下，原状黄土峰值偏应力衰
减量最大且速度最快，特别是循环 3 次后，工况 2 峰值偏应力衰减量远大于其他工况，工况 3 和
工况 1 条件下黄土峰值偏应力变化量除第 3 次循环时偏差较大外，其他循环整体变化量较为接近
（图 1（b））。

1200
0
1050 σ 3=100kPa，工况 1 -50
峰值偏应力 q/kPa 900 σ 3=100kPa，工况 2 峰值偏应力变化量Δq/kPa -100 σ 3=100kPa，工况 1
σ 3=100kPa，工况 3
σ 3=200kPa，工况 1
σ 3=200kPa，工况 2
750
σ 3=200kPa，工况 3
σ 3=100kPa，工况 2
σ 3=300kPa，工况 1
σ 3=300kPa，工况 2
σ 3=100kPa，工况 3
-150
σ 3=300kPa，工况 3
σ 3=200kPa，工况 1
600
σ 3=200kPa，工况 3
σ 3=300kPa，工况 1
450 -200 σ 3=200kPa，工况 2
σ 3=300kPa，工况 2
σ 3=300kPa，工况 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
干湿循环次数 N（次） 干湿循环次数 N（次）
（a）峰值偏应力 q （b）峰值偏应力变化量Δq
图 1 原状黄土峰值偏应力与干湿循环次数的关系曲线
不同工况原状黄土宏观力学参数随干湿循环次数变化曲线如图 2 所示。随着干湿循环次数的增
加，3 种工况下原状黄土试样的黏聚力均持续降低，工况 2 条件下黏聚力衰减最快且衰减值最大，12
次循环后降低 48.9 kPa，衰减率达到 27.9%，工况 3 黏聚力衰减速度与衰减值低于工况 2，12 次循环
后降低 24.6 kPa，衰减率 22.0%，工况 1 黏聚力衰减最慢且衰减值最小，降低 22.4 kPa，衰减率 12.1%
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