Page 66 - 2024年第55卷第6期

样体积表现一定程度的收缩，随着剪切应力的增加，一部分粒子会克服相互间的阻力，越过相邻颗粒
并保持稳定，形成不可逆的剪胀变形；另一部分粒子并未完全越过相邻颗粒，而是在剪切过程中产生
了一定程度的变形，当剪应力卸载后恢复到初始位置，产生可恢复剪胀变形 ［２５ － ２８］ 。图 ５表明沥青混凝
土的剪胀变形受到围压的影响，在低围压下，试样表现较强剪胀趋势，高围压则表现弱剪胀性。从能
量演化机制角度来说，翻越相邻颗粒的能力与相变点的应力状态有关，颗粒在低围压时的相变应力比
大，发生相同程度变形时耗散释放的能量少，此时会提供较多的能量以翻越颗粒。而在高围压下，相
变点对应的轴向应变值大，需要更多能量来实现颗粒的翻越。因此，在相同应力水平下，表现为低围
压强剪胀、高围压弱剪胀的特点。
３．３ 轴向应变与渗透系数的关系 轴向应变－ 渗透系数曲线如图 ６所示，为了呈现渗透系数 ｋ指数级
－ ８
变化的规律，采用半对数坐标系绘图。按照设计规范中渗透系数应小于 １．０ × １０ ｃｍ?ｓ的要求，绘制
ｌｎｋ ＝－ １８．４２ 的渗透系数标准线（下同）。从图 ６中可以看出，随着轴向应变的增加，试件的 渗透系数
呈现出先减小后增大的 趋势。虽 然低 围压和高围 压的总 体 发 展趋 势相 似，但在 低 围压 （１００、２００、
３００ｋＰａ）作用下，渗透系数随着轴向应变的增加先略微减小然后显著增大；在 高 围压 （５００、１０００、
１５００、２０００ｋＰａ）作用下，渗透系数随着轴向应变的增加先略微减小而后略有增大。两种不同标号沥青
渗透试验中具体数值虽然略有差异，但总体规律是一致的。

图 ６ 各围压下轴向应变与渗透系数关系曲线

考虑剪胀效应与渗透系数的相关性，沥青混凝土的渗透过程分为两个阶段：１）压密阶段。随着轴
向应变的增加，渗透系数不断减小，此阶段沥青混凝土骨架颗粒不断受到挤压作用，颗粒的间隙与微
裂隙持续压缩，水分子的流动变得愈加困难。２）裂隙发育阶段（塑性变形）。沥青混凝土发生剪切体积
变形，内部形成剪切微裂缝，而随着轴向应变的增加，裂隙会不断扩展。随着裂隙发育并相互贯通，
试样的内部结构受到破坏，表面出现宏观裂纹，最终导致渗透系数明显增大。这一现象可以解释为，
施加在试样上的围压发生变化时，其内部结构受到不同程度影响。沥青混凝土内部的原始孔隙、微裂
隙等在围压条件改变时会发生变形，从而影响其渗透性。在高围压作用下，内部孔隙、微裂隙的张开
程度受到限制，起到了压密闭合的作用，使渗透通道变小，尽管试件的轴向应变值很大，但渗透系数
仅略有增加。
３．４ 体积应变与渗透系数的关系 图 ７为轴向渗透条件下体积应变与渗透系数关系曲线，根据图中关
系，可以得出以下结论：在压密阶段，试样体积压缩减小，体积应变为负值，此阶段的渗透系数不断
减小。在裂隙发育阶段，试样出现大量微裂纹，体积开始膨胀，体积应变开始减小，由压密阶段的剪
缩变形开始过渡为剪胀变形。在低围压（ １００、２００、３００ｋＰａ）作用下，微裂隙不断贯通发展，试样内
部裂隙受渗透 压 力 影 响 扩 展 加 速，使 体 积 迅 速 膨 胀，渗 透 系 数 显 著 增 大；在 高 围 压 （ ５００、１０００、
１５００、２０００ｋＰａ）作用下，微裂隙相互连通的同时，部分沥青混凝土骨架颗粒被压碎，导致试样内部孔
隙变形，一定程度上延缓了体积膨胀变形，渗透系数的增长速度也受到了抑制。围压 １０００ｋＰａ时的渗
透系数明显比 １００ｋＰａ时上升幅度小，说明围压对裂隙的扩展起抑制作用。

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