王梓

摘 要 土体在干燥气候环境下会失水干缩发生变形并产生裂隙，裂隙的形成及发展会对土体的工程性质产生显著影响，并由此引发各种工程地质问题及灾害，因此关于土体的干缩开裂研究也逐渐成为国内外学者关注的热点。基于國内外近些年关于土体裂隙形成所开展的研究工作，作者就土体裂隙形成机理方面对近些年现有的研究成果进行总结归纳。

关键词 土体;裂隙;机理;改良措施

1概述

土体作为载体被广泛应用于人类工程地质活动中，如工程建筑中的基础处理、高速公路和铁路工程路基处理及边坡稳定与加固处理等。然而，在气候干旱环境下，土体干燥失水易收缩开裂，这一问题涉及农业土壤科学领域、工程地质、基础工程建设、环境工程等众多领域。裂隙的存在不仅降低了土体的整体性、连续性，还改变了土体的物理力学性质，继而引发一系列的工程地质问题。因此，为了防治土体在工程应用中形成裂隙，国内外众多研究人员对其开裂机理展开了研究。本文基于国内外相关文献资料，探讨了土体裂隙形成机理的研究进展。

2土体裂隙形成机理研究

土体失水收缩形成裂隙的发育过程繁复庞杂。为在实际工程中土体的有效应用提供一定的理论依据，掌握裂隙发育机理的规律十分必要。总体来看，对土体开裂的机理研究可以从宏观和微观两个角度着手。

从宏观上看，土中水分蒸发是土体干缩开裂的先决条件，而含水率和蒸发速率则是表征水分蒸发的两个重要参数。唐朝生等[1]提出饱和土体随其中水分的逐渐蒸发慢慢转变为非饱和土体，当含水率下降到临界含水率时土体表面就会产生裂隙。吴珺华等[2]提出变湿概念，即单位时间内随深度的增加土体含水率的变化，当最大变湿不小于临界变湿时，土体即发生开裂。但结合已有的研究资料可知，土体的临界含水率是一个变值，受温度、土体状态等多重因素的影响，所以有学者引出一个动态参数，即蒸发速率来表征土体含水率在土体干缩开裂中产生的影响，并通过试验指出蒸发速率与临界含水率间存在一定的作用。

从力学角度来看，基质吸力和抗拉强度在裂隙发育过程中起到了重要作用。土体开裂是一种张拉破坏形式，在干燥过程中土体会产生基质吸力，其引起的不均匀张拉应力场在土颗粒连接较弱处易发生应力集中，当此处张拉应力场大于土体自身的抗拉强度时裂隙形成[3]。Yesiller等[4]以某一垃圾填埋场的压实衬砌土为研究对象开展室内试验，量测CIF和吸力值，发现随着含水量的降低会导致吸力快速增加，从而引发土体收缩，使其产生张拉应力场进而生成裂隙。李顺群等[5]基于弹性理论和增量理论，初步得出了裂隙深度与非饱和土抗拉强度和基质吸力间的关系并建立了相关数学方程，上述研究成果充分说明了基质吸力和抗拉强度这两个力学参数在土体干燥过程中对裂隙发育演化的制约作用。

土体收缩是裂隙产生并开展的必要条件，其微观本质为土体微观结构的变化。吴珺华等[5]阐明不同的变湿致使土体沿深度发生不同程度的收缩变形，不均匀的变形到达一定程度后即使土体产生裂隙。陈建平等[6]用扫描电镜对土试样进行扫描，并对SEM图像进行处理，得到结论随着压应力的增大，大颗粒破碎为小颗粒，大孔隙减少，分形维数及丰度降低。王清等[7]根据SEM图像提出土体结构单元体形状、定向性、孔隙特性等要素对土体的变形进行剖析。施斌[8]提出概率熵，并基于Videolab图像分析系统用对土体在击实过程中产生的5种结构类型进行量化评估。李晓军等[9]从CT数和CT图像两方面分析了土体细观结构的变化情况。袁俊平等[10]应用CT图像揭示了裂隙在立体空间的演化全过程，描述了裂隙发育的深度。随着技术软件的发展、更新，对土体裂隙开展规律的研究由集中于宏观和土体表面逐渐向微观和三维空间发展，从而使得裂隙开展发育机理研究更为系统深刻，为实际工程应用提供一定的理论依据。

3结束语

随着我国各种工程建设活动的迅猛发展，土体的应用也愈来愈普遍广泛。然而土体在干燥气候环境下易失水干缩，产生裂隙，这对相应工程的稳定性、安全性、可靠性带来了极大的危害，因此研究土体干缩开裂问题对实际工程应用具有一定的指导意义。本文总结了近年来国内外关于土体裂隙形成机理方面的研究成果，为土体的工程应用提供了一定的理论依据。

参考文献

[1] 唐朝生，施斌，崔玉军.土体干缩裂隙的形成发育过程及机理[J].岩土工程学报，2018，40（8）：1415-1423.

[2] 吴珺华，袁俊平，卢廷浩.基于变湿应力概念的膨胀土初始开裂分析[J].岩土力学，2011，32（6）：1631-1636.

[3] 徐其良，唐朝生，刘昌黎，等.土体干缩裂隙发育过程及断裂力学机制研究进展[J].地球科学与环境学报，2018，40（2）：223-236.

[4] Yesiller N，Miller C J，Inci G，et al. Desiccation and cracking behavior of three compacted landfill liner soils[J]. Engineering Geology，2000，57（1-2）：105-121.

[5] 李顺群，张业民，韩春煌，等.考虑抗拉强度时非饱和土的干燥裂缝深度[J].武汉理工大学学报，2004，26（2）：37-40.

[6] 陈建平，袁杰，叶辽羽，等.固结蠕变下软土微观结构参数的定量分析[J].科学技术与工程，2020，20（10）：4087-4094.

[7] 王清，肖树芳，王凤艳.土微观结构特征的定量研究及其在工程中的应用[J].成都理工学院学报，2001，28（2）：148-153.

[8] 施斌.黏性土击实过程中微观结构的定量评价[J].岩土工程学报，1996，18（4）：60-65.

[9] 李晓军，张登良.路基填土单轴受压细观结构CT监测分析[J].岩土工程学报，2000，22（2）：205-209.

[10] 袁俊平，杨国俊，王敏.干湿循环下膨胀土裂隙CT试验研究[J].科学技术与工程，2013，13（12）：3509-3519.