摘要：為了探究水化學(xué)作用下膨脹土裂隙面力學(xué)特性的變化，選取引江濟(jì)淮工程菜子湖C003標(biāo)段膨脹土，通過特定的制樣方式賦予試樣預(yù)設(shè)裂隙面，采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉（DCB）溶液對(duì)含裂隙土樣進(jìn)行淋濾，并對(duì)淋濾后的試樣進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)研究，探究裂隙面強(qiáng)度變化與淋濾時(shí)間的關(guān)系，揭示淋濾后膨脹土裂隙面強(qiáng)度變化的微觀機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明：DCB溶液沿著預(yù)設(shè)裂隙面和試樣內(nèi)部淋濾不同天數(shù)后，試樣形貌特征出現(xiàn)了不同的變化；裂隙面抗剪強(qiáng)度降低速率隨著淋濾時(shí)間的增加先變快后變慢，在淋濾28 d后裂隙面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)下降明顯，黏聚力和內(nèi)摩擦角分別下降51.5％和45.9％；對(duì)淋濾后試樣表面灰綠土樣和直剪試驗(yàn)后剪切面土樣進(jìn)行微細(xì)觀研究發(fā)現(xiàn)，淋濾后灰綠土和剪切面FeO含量下降明顯，且黏土礦物衍射峰強(qiáng)度有一定程度的升高。微觀機(jī)理分析可知，DCB溶液通過氧化還原作用對(duì)土中游離氧化鐵進(jìn)行去除，使試樣外觀形貌出現(xiàn)較大變化，破壞了土中大的團(tuán)聚體與顆粒之間的黏結(jié)力，從而導(dǎo)致土體力學(xué)特性劣化。

關(guān) 鍵 詞：膨脹土；裂隙面；抗剪強(qiáng)度；淋濾；游離氧化鐵

中圖法分類號(hào)：TU443

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.10.031

0 引 言

膨脹土是一種含有較多親水礦物，并在含水率變化時(shí)出現(xiàn)體積交替變化的特殊土^［1］。實(shí)際工程中，地下水總是會(huì)沿著土體內(nèi)部的優(yōu)勢(shì)滲流通道緩慢地滲流，而自然界中地下水并非單一離子的液體，是一種由酸雨、污染物等組成的多離子且酸堿度不同的液體。地下水與土體之間長(zhǎng)期作用會(huì)引發(fā)溶蝕作用、沉淀作用和陽(yáng)離子吸附作用等水化學(xué)過程^［2］。這些過程會(huì)綜合影響土體的物理化學(xué)特性。湯文等^［3］發(fā)現(xiàn)水化學(xué)環(huán)境對(duì)滑帶土的主要作用表現(xiàn)在水對(duì)滑帶礦物成分的溶蝕和水與礦物成分之間的化學(xué)反應(yīng)。閻瑞敏等^［4］發(fā)現(xiàn)水土化學(xué)作用是影響滑帶土微觀結(jié)構(gòu)的主要原因。常錦等^［5］以不同酸性溶液浸泡土樣來研究酸雨對(duì)其脹縮性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酸性環(huán)境會(huì)加劇膨脹土的脹縮變形，且會(huì)使礦物的結(jié)晶程度變差，膠結(jié)物遭受溶蝕和淋濾。趙宇等^［6］對(duì)三峽庫(kù)區(qū)滑面以及鄰近面進(jìn)行礦物成分研究后發(fā)現(xiàn)滑面上的蒙脫石含量明顯高于鄰近面。劉媛等^［7］設(shè)計(jì)不同pH的Ca²⁺溶液對(duì)滑坡土體進(jìn)行30 d室內(nèi)循環(huán)飽水試驗(yàn)，結(jié)果表明溶液中Ca²⁺的存在抑制了對(duì)水土作用體系反應(yīng)進(jìn)程，使顆粒間變緊密，滑坡體更加趨于穩(wěn)定。Hu等^［8］發(fā)現(xiàn)當(dāng)黃土處于NaOH溶液的環(huán)境下，抗剪強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)，主要原因是土體中石英與NaOH反應(yīng)生成硅酸鈉膠結(jié)物導(dǎo)致。Lin等^［9］通過研究不同濃度酸堿鹽溶液對(duì)粉質(zhì)黏土的影響發(fā)現(xiàn)，隨著酸和堿濃度的增大，土體的物理特性指標(biāo)和不排水抗剪強(qiáng)度均增大。王斯海等^［10］通過酸堿液處理南寧膨脹土發(fā)現(xiàn)酸液會(huì)增強(qiáng)膨脹土的膨脹性和壓縮性，而堿液則相反。

由于膨脹土含有許多諸如f0cd626a5e760f658cccbbc2205435f7蒙脫石、伊利石、高嶺石等各種混層黏土礦物，因此具有遇水崩解和迅速膨脹的特性，這種特性會(huì)對(duì)邊坡及渠道工程造成很大的危害，如邊坡失穩(wěn)、地基沉降不均等。而邊坡失穩(wěn)往往還存在另一種重要的誘因，即膨脹土的裂隙性。裂隙性是膨脹土具有的另一種特殊性質(zhì)，該種裂隙是指在大氣影響深度以下充分發(fā)育的原生裂隙，目前對(duì)于原生裂隙的成因還未有定論^［11］。Fookes^［12］以倫敦黏土裂隙為研究對(duì)象，認(rèn)為原生裂隙是由構(gòu)造產(chǎn)生的一種具有規(guī)律性的裂隙。劉特洪^［13］認(rèn)為，原生裂隙是在巖石成土過程中由于長(zhǎng)期外界因素作用而產(chǎn)生的裂隙。由于該種裂隙的存在，使得膨脹土土體強(qiáng)度由土塊強(qiáng)度和裂隙面強(qiáng)度綜合反映^［14］。在該種裂隙中，往往還夾雜有灰綠色充填物，這種充填物不同于兩側(cè)土，其含水率高，質(zhì)地偏軟，力學(xué)強(qiáng)度低且具有蠟狀光澤面^［11］。目前的研究普遍認(rèn)為裂隙中灰綠色充填物的形成是由于地下水活動(dòng)較強(qiáng)，從而與土體發(fā)生氧化還原反應(yīng)造成三價(jià)鐵膠結(jié)物流失以及黏土礦物富集而形成的?？椎路?sup>［15^］認(rèn)為裂隙處灰綠色黏土形成的原因是土中三價(jià)鐵被還原為二價(jià)鐵，并以極緩慢的滲透速度向裂隙兩側(cè)黏土中遷移，這樣就賦予了土體不同的顏色。由于裂隙中充填物的強(qiáng)度決定了裂隙面強(qiáng)度，而膨脹土邊坡失穩(wěn)又多沿此裂隙面發(fā)生^［14］，所以關(guān)于土體裂隙面強(qiáng)度的研究具有實(shí)際工程意義。

傳統(tǒng)水土化學(xué)作用試驗(yàn)多研究水化學(xué)作用對(duì)土塊強(qiáng)度的影響，而對(duì)土體裂隙面強(qiáng)度的研究有所欠缺，即使有部分學(xué)者開展過土體裂隙面強(qiáng)度的相關(guān)研究，但由于室內(nèi)模擬制樣技術(shù)的限制也只能采用現(xiàn)場(chǎng)取樣的方式，而現(xiàn)場(chǎng)取樣研究存在取樣困難、擾動(dòng)較大等問題，且取樣無法精確控制土體裂隙面的形態(tài)，給后續(xù)進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)及微細(xì)觀研究帶來許多困難。為了在室內(nèi)模擬試樣原生裂隙，并還原土體裂隙面夾雜灰綠色填充物的現(xiàn)象，本文提出了一種新的制樣方式：采用特定的淋濾試驗(yàn)裝置淋濾預(yù)設(shè)裂隙膨脹土，淋濾完成后切取環(huán)刀樣進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，研究淋濾后膨脹土裂隙面的抗剪強(qiáng)度，并通過X射線衍射試驗(yàn)（XRD）、X射線熒光光譜儀分析（XRF）對(duì)淋濾后的膨脹土進(jìn)行微細(xì)觀研究，從微觀上解釋水化學(xué)作用下膨脹土裂隙面力學(xué)特性變化的機(jī)理。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)用土

試驗(yàn)土樣取自引江濟(jì)淮工程菜子湖線C003標(biāo)段，試樣整體呈現(xiàn)紅褐色，按照GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》^［16］，將風(fēng)干后的土樣碾碎并過篩，分別準(zhǔn)備足量的2 mm和5 mm篩下土，進(jìn)行基本物理力學(xué)試驗(yàn)。表1為C003標(biāo)段膨脹土的基本物理力學(xué)性質(zhì)。按照GB/T 50145—2007《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》可判定該土屬于低液限黏土，同時(shí)結(jié)果顯示該土為弱膨脹土。

表2為菜子湖線膨脹土中主要化學(xué)成分的相對(duì)含量以及游離氧化鐵相關(guān)指標(biāo)。由表2可知，菜子湖線膨脹土化學(xué)成分以SiO和AlO為主，分別為62.12％和16.62％，且TFeO含量明顯高于其他氧化物，為7.03％，由于Fe³⁺含量較高，因此土體呈紅褐色。游離度是反映游離氧化鐵含量的指標(biāo)，為游離氧化鐵含量和TFeO含量的比值。菜子湖線膨脹土游離氧化鐵含量超過全鐵含量的50％，為51.64％。

1.2 試樣的制備

本試驗(yàn)旨在研究含裂隙膨脹土淋濾后裂隙面力學(xué)特性及微觀特征的變化，因此試樣制備主要包括長(zhǎng)方體試樣的制備和試樣原生裂隙的模擬。

（1）長(zhǎng)方體試樣的制備。將拌合后的土料按照17.8％的含水率和95％擊實(shí)度下的干密度，使用如圖1（a）所示特定的擊樣裝置制作長(zhǎng)185 mm、寬102 mm、厚10 mm的長(zhǎng)方體試樣，見圖1（b）。

（2）試樣原生裂隙的模擬。原生裂隙的模擬通過淋濾盒實(shí)現(xiàn)。淋濾盒長(zhǎng)為185 mm、寬為172 mm、厚度為22 mm，由5塊可拆卸有機(jī)玻璃板和若干螺絲組裝而成。將淋濾盒拆卸并在每塊板上涂抹一定厚度的凡士林，將制備完成的一塊長(zhǎng)方體試樣放入拆卸后的淋濾盒中，放上長(zhǎng)205 mm、寬102 mm、厚度2 mm的土工膜，再將另一長(zhǎng)方體試樣放入盒中，而后將淋濾盒組裝起來壓實(shí)，使土樣與淋濾盒側(cè)壁貼緊，最后把土工膜從側(cè)面抽出，兩個(gè)方塊樣中間便產(chǎn)生了2mm裂隙，如圖2所示。

1.3 淋濾溶液的選擇

目前學(xué)者研究都一致認(rèn)為，實(shí)際工程中出現(xiàn)的裂隙面夾雜灰綠土現(xiàn)象是由于水土之間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致土中Fe³⁺被還原，因而土體出現(xiàn)了顏色上的變化。胡波等^［14］對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取土的灰綠色充填物進(jìn)行微觀研究，也發(fā)現(xiàn)了裂隙面灰綠色黏土三價(jià)鐵氧化物含量較兩側(cè)土偏低的情況。實(shí)際工程中地下水通常是多種離子混合且呈現(xiàn)弱堿性的液體，水土之間的氧化還原反應(yīng)隨著時(shí)間的推移緩慢發(fā)生，并逐漸形成了裂隙面夾雜灰綠色黏土的現(xiàn)象。為了能夠短時(shí)間內(nèi)在室內(nèi)還原這種現(xiàn)象，在淋濾時(shí)應(yīng)選擇一種既具有較強(qiáng)還原性又呈現(xiàn)堿性的溶液，DCB溶液就同時(shí)滿足以上兩個(gè)條件。DCB溶液由連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉混合制成，主要作用機(jī)理是通過連二亞硫酸鈉的強(qiáng)還原性將土中的三價(jià)鐵氧化物還原，還原后的亞鐵離子與檸檬酸根形成較為穩(wěn)定的絡(luò)合物，涉及的主要反應(yīng)方程式如下：

6Fe³⁺+SO^2-+4HO 6Fe²⁺+2SO^2-+8H⁺

DCB溶液的配制方法參照GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

1.4 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖3所示。該裝置由雙層支架、溶液箱、淋濾盒、抽濾瓶、淋濾管路及真空泵組成。溶液箱下設(shè)置有進(jìn)氣管和出液管，4個(gè)淋濾盒的進(jìn)氣管長(zhǎng)度保持一致，以控制4個(gè)淋濾盒保持同樣的水頭高度。DCB溶液自溶液箱流出，經(jīng)過淋濾盒流經(jīng)土樣，最后流入抽濾瓶中，整個(gè)試驗(yàn)過程真空泵示數(shù)維持在30 kPa。

1.5 試驗(yàn)方法及內(nèi)容

對(duì)含裂隙的長(zhǎng)方體試樣淋濾14，28，56 d，淋濾完成后切削環(huán)刀試樣。由于淋濾溶液自上而下流動(dòng)，且上部土樣與溶液直接接觸，因此為了避免上下淋濾不均勻?qū)υ囼?yàn)結(jié)果造成影響，在切樣之前首先對(duì)環(huán)刀進(jìn)行標(biāo)記，將環(huán)刀作標(biāo)記的一側(cè)放置試樣上半部分，按照GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》切取環(huán)刀土樣。每個(gè)方塊樣切出兩個(gè)環(huán)刀樣，并保證上下削去同等高度的土樣，使得裂隙面上下土厚度均等。

對(duì)切得的環(huán)刀樣進(jìn)行干密度與飽和度的計(jì)算，見表3。由表3可知，淋濾不同時(shí)間后的試樣干密度、飽和度與未淋濾重塑飽和樣相比差別不大。對(duì)淋濾14，28，56 d切得的環(huán)刀試樣進(jìn)行固結(jié)慢剪試驗(yàn)，剪切速率為0.016 mm/min，上覆荷載為50，100，200，400 kPa。裝樣時(shí)保證環(huán)刀標(biāo)記一側(cè)與剪切面開始剪切一側(cè)重合，固結(jié)前對(duì)土樣固結(jié)壓縮量進(jìn)行預(yù)估，并在剪切盒底部墊上一定厚度的濾紙，以保證剪切面嚴(yán)格與裂隙面重合。固結(jié)期間對(duì)試樣的豎向壓縮量進(jìn)行記錄，見表4，可見不同淋濾時(shí)間的土樣在相同豎向荷載下的固結(jié)壓縮量比較接近，且固結(jié)后的試樣剪切面仍能保證與預(yù)設(shè)裂隙面重合。剪切完成后，取淋濾后土樣及剪切面土樣進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)、X射線熒光光譜儀分析（XRF），探查淋濾后土樣的微觀變化。

2 裂隙膨脹土宏觀試驗(yàn)研究

2.1 DCB溶液作用對(duì)試樣物理特性的影響

DCB溶液淋濾后土樣出現(xiàn)外觀上的顏色變化，如圖4所示。由圖4（a）可以看到，淋濾14 d試樣表面有少許灰白色斑塊，頂部與溶液直接接觸的地方有一層灰綠色土；淋濾28 d后的試樣表面出現(xiàn)更多的灰白色斑塊，并伴有形狀不規(guī)則的灰綠色土樣，見圖4（b）；淋濾56 d后試樣表面變化與28 d相差不大。淋濾14，28，56 d后的試樣側(cè)面都可以觀察到裂隙面夾雜有灰綠色充填物，厚度約為1.5 mm，見圖4（d）。將試樣取出后，可以觀察到灰綠色土樣形態(tài)較軟。

2.2 DCB溶液作用對(duì)試樣力學(xué)特性的影響

不含裂隙膨脹土和淋濾14，28，56 d后裂隙面固結(jié)慢剪試驗(yàn)的剪切位移關(guān)系曲線如圖5所示。根據(jù)圖5可知，淋濾后膨脹土試樣裂隙面剪切力和剪切位移關(guān)系曲線呈現(xiàn)應(yīng)變軟化的趨勢(shì)，取各級(jí)法向應(yīng)力下的峰值剪應(yīng)力繪制摩爾-庫(kù)侖包線并擬合（圖6）獲得抗剪強(qiáng)度參數(shù)。分析峰值剪應(yīng)力及抗剪強(qiáng)度參數(shù)的變化可知：淋濾14 d后各級(jí)豎向荷載下膨脹土裂隙面強(qiáng)度低于不含裂隙面的膨脹土土塊強(qiáng)度，黏聚力和內(nèi)摩擦角的降幅分別為19.5％和7.9％；淋濾28 d后各級(jí)豎向荷載下的峰值剪應(yīng)力出現(xiàn)了更明顯的下降，黏聚力和內(nèi)摩擦角降幅分別為51.5％和45.9％；而淋濾56 d后各級(jí)荷載下峰值剪應(yīng)力較28 d僅有小幅度的下降，黏聚力和內(nèi)摩擦角較不含裂隙膨脹土分別下降58.6％和48.3％。從試驗(yàn)結(jié)果可知：在相同法向應(yīng)力下，DCB溶液淋濾后裂隙面填充物的峰值剪應(yīng)力均低于不含裂隙膨脹土，這與胡波等^［14］現(xiàn)場(chǎng)所取原狀土樣進(jìn)行的直剪試驗(yàn)結(jié)果一致。隨著淋濾時(shí)間的增加，峰值剪應(yīng)力越來越小，但降低的程度與淋濾時(shí)間并非是線性關(guān)系。究其原因是因?yàn)镈CB溶液對(duì)土中游離氧化鐵的作用程度有限，當(dāng)土中活性較高的具有膠結(jié)作用的游離氧化鐵基本被去除后，土體外觀顏色及各項(xiàng)指標(biāo)變化便趨于穩(wěn)定。游離氧化鐵在土中起到膠結(jié)作用，其表面帶正電，片狀黏土礦物表面帶負(fù)電，二者相互吸引，從而以包膜的形式包裹在黏土礦物表面，形成一個(gè)個(gè)團(tuán)聚體，而團(tuán)聚體又通過土中膠體氧化物聚集導(dǎo)致游離氧化鐵包膜相互搭接，形成了粒間連結(jié)，并構(gòu)成了土體的架空結(jié)構(gòu)^［17-18］。當(dāng)具有膠結(jié)作用的游離氧化鐵被去除后，粒徑較大的顆粒變得松散，土中團(tuán)聚體數(shù)量減少，土體結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致土體強(qiáng)度下降，從宏觀上表現(xiàn)為土體黏聚力和內(nèi)摩擦角的下降。黏聚力下降的原因主要如上所述；而內(nèi)摩擦角下降主要是由于土中大的團(tuán)粒被分散導(dǎo)致土中小顆粒增多，相比大的粒團(tuán)，剪切面的粗糙度下降，內(nèi)摩擦角降低。

將剪切完成后的土樣上下盒分開觀察剪切面的變化，如圖7所示。由圖7（d）與剪切面形貌可知，試樣剪切面沿著預(yù)設(shè)裂隙面開展，且剪切面土體隨著淋濾時(shí)間的增加出現(xiàn)了不同的變化：淋濾14 d后，土樣剪切面出現(xiàn)了許多與周圍土體顏色不同的灰白色斑塊，如圖7（a）所示；淋濾28 d后，土樣剪切面上部出現(xiàn)了大片灰綠色土，剪切面下部也出現(xiàn)了許多灰白色和灰綠色點(diǎn)狀斑塊，如圖7（b）所示；淋濾56 d后，土樣剪切面與28 d的外觀特征一致，如圖7（c）所示。剪切面出現(xiàn)上下顏色差異的主要原因是由于DCB溶液與土體反應(yīng)并不均勻，溶液自上而下淋濾且上部土體與溶液直接接觸，因此反應(yīng)較為充分，水化學(xué)作用相較于下側(cè)土更劇烈，從而導(dǎo)致剪切面上下顏色有一定的差異。

3 裂隙膨脹土微觀試驗(yàn)研究

為了探究淋濾后膨脹土形貌特征變化與裂隙面力學(xué)特性變化的原因，取淋濾后長(zhǎng)方體試樣表面顏色變化較大的灰綠色土，并根據(jù)圖8分別取剪切后環(huán)刀試樣剪切面上部土和剪切面下部土進(jìn)行X射線熒光光譜儀分析，同樣的方法取淋濾28d后試樣進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)。

3.1 X射線熒光光譜儀分析（XRF）

X射線熒光光譜儀分析結(jié)果見表5。分析表5可知：在淋濾14 d后，試樣表面灰綠色土相較于未淋濾土FeO的含量降低明顯，約為56.2％，剪切面上部和下部FeO也有一定程度的降低；由于DCB溶液主要是去除土中的游離氧化鐵，因此FeO的下降可表示為游離氧化鐵含量的下降。淋濾28 d后，試樣表面灰綠色土與淋濾14 d試樣表面灰綠色土成分差異不大，剪切面上部和下部FeO的含量較重塑飽和土分別下降了50.1％和34.4％，這說明淋濾28 d后土體中的游離氧化鐵被進(jìn)一步除去，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)性變差，顆粒變得分散，力學(xué)強(qiáng)度下降較多。淋濾56 d后，各部分土體的化學(xué)成分與28 d相差不大。

根據(jù)XRF試驗(yàn)結(jié)果可以推測(cè)在實(shí)際工況中，地下水沿著土中裂隙滲流，并與裂隙處土體發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致實(shí)際工況中裂隙面夾雜的灰綠色黏土FeO含量較周圍土偏低。

3.2 X射線衍射儀分析（XRD）

未淋濾土和淋濾28 d剪切面上部、下部以及試樣表面灰綠色土衍射峰變化如圖9所示。由圖9可知：28 d剪切面上部和下部及試樣表面灰綠土各黏土礦物特征峰強(qiáng)度與未淋濾土相比均出現(xiàn)了一定程度的變化。剪切面下部土蒙脫石、伊利石、伊蒙混層礦物衍射峰強(qiáng)度與未淋濾土相比分別上升了10.3％，3.4％和1.2％；剪切面上部土蒙脫石、伊利石、伊蒙混層礦物衍射峰強(qiáng)度與未淋濾土相比分別上升了35.7％，25.8％和18.3％；試樣表面灰綠土蒙脫石、伊利石及伊蒙混層礦物衍射峰強(qiáng)度與未淋濾土相比分別上升了42.6％，30.5％和24.9％。這表明隨著游離氧化鐵去除率的升高，土中蒙脫石、伊利石及伊蒙混層礦物的相對(duì)含量也會(huì)升高，這是因?yàn)橥林杏坞x氧化鐵主要分布在片狀黏土礦物的表面，以包膜和膠結(jié)橋的形式存在，包膜主要是通過包裹或沉積的方式形成^［17］；膠結(jié)橋則是通過吸附作用與土中其他粒子結(jié)合而形成，使顆粒之間相互連接；當(dāng)游離氧化鐵被去除，其中包裹的黏土礦物便會(huì)釋放出來，同時(shí)膠結(jié)橋也會(huì)斷開，從而導(dǎo)致黏土礦物特征峰強(qiáng)度上升，這與羅紅禧^［19］和李榮彪^［20］等的研究結(jié)果一致。剪切面的黏土礦物相對(duì)含量的上升，會(huì)對(duì)剪切面起潤(rùn)滑作用^［21］，這也是淋濾后土體內(nèi)摩擦角下降的另一個(gè)原因。剪切面上部土和試樣表面灰綠土石英的衍射峰強(qiáng)度也有一定程度的升高，這是因?yàn)楫?dāng)起膠結(jié)作用的游離氧化鐵被去除后，黏土礦物顆粒與石英形成的單元體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)被破壞，黏土礦物對(duì)石英的掩蓋作用被減弱導(dǎo)致的。

胡波等^［14］對(duì)南陽(yáng)膨脹土現(xiàn)場(chǎng)取樣的裂隙面土體進(jìn)行了礦物成分的研究，發(fā)現(xiàn)裂隙面土相較于兩側(cè)土，伊蒙混層含量也出現(xiàn)了上升，但伊利石含量卻出現(xiàn)了下降?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果不同的原因主要是：實(shí)際情況中的地下水是一種多離子混合液體，當(dāng)?shù)叵滤刂林性严稘B流，水與土之間發(fā)生長(zhǎng)期的化學(xué)作用，該水土化學(xué)作用不但包括水土之間的氧化還原作用，還包括水土之間的離子交換作用。在氧化還原反應(yīng)破壞土中游離氧化鐵的同時(shí)，水土之間的離子交換作用又會(huì)導(dǎo)致土中釋放出來的伊利石中鉀離子被置換而轉(zhuǎn)變?yōu)槊擅撌?sup>［22^］，所以現(xiàn)場(chǎng)土中伊蒙混層礦物相對(duì)含量升高而伊利石相對(duì)含量有所降低。本文進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)所采用的DCB溶液呈堿性，且與土體之間的主要作用為氧化還原作用，因此只會(huì)破壞土體中的游離氧化鐵膠體，而離子交換作用十分微弱。

4 結(jié) 論

（1）含裂隙膨脹土在DCB溶液淋濾后，試樣表面及裂隙面出現(xiàn)形貌變化的原因是由于水土之間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致土中的游離氧化鐵被去除，這種變化在淋濾28 d時(shí)最明顯，28 d后變化程度減弱。

（2）淋濾后裂隙面灰綠色填充物力學(xué)性質(zhì)較差，淋濾56 d后膨脹土裂隙面強(qiáng)度明顯低于不含裂隙膨脹土土塊強(qiáng)度，黏聚力由23.7 kPa衰減至9.8 kPa，內(nèi)摩擦角由24.2°衰減至12.5°，且衰減整體速率隨著淋濾時(shí)間先增大后減小。

（3）DCB溶液淋濾后土樣游離氧化鐵相對(duì)含量降低，土中團(tuán)聚體數(shù)量減少，大團(tuán)粒被分散為細(xì)小顆粒，使得土體結(jié)構(gòu)性變差，宏觀表現(xiàn)為抗剪強(qiáng)度降低，微觀表現(xiàn)為土中FeO含量下降和黏土礦物衍射峰增強(qiáng)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)工況中裂隙面出現(xiàn)與周圍土顏色不同的灰綠色填充物的原因可以大致歸結(jié)為：土體與地下水之間發(fā)生長(zhǎng)期的氧化還原反應(yīng)，從而導(dǎo)致土中三價(jià)鐵氧化物被還原遷移，與本文室內(nèi)試驗(yàn)不同的是現(xiàn)場(chǎng)工況中地下水是一種多離子液體，在發(fā)生氧化還原反應(yīng)的同時(shí)還伴隨著水土之間的離子交換作用。

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（編輯：鄭 毅）

Experimental study on mechanical characteristics of fissure surface of

expansive soil under action of DCB solutionYUAN Ruixiang^1，2，HU Bo³，LI Dan^1，2，WANG Yanping⁴，WANG Qing⁴

（1.School of Urban Construction，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China； 2.Hubei Provincial Engineering Research Center of Urban Regeneration，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065，China； 3.Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering of Ministry of Water Resources，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China； 4.Anhui Provincial Group Limited for Yangtze-to-Huaihe Water Diversion，Hefei 230000，China）

Abstract： In order to explore the changes of mechanical characteristics of expansive soil fissure-surface under action of hydrochemistry，we collected expansive soil in section C003 of Yangtze-to-Huaihe Water Diversion Project.Through a specific sample preparation method，we prepared fissure soil samples with prefabricated fissure-surface that was leached with dithionite-citrate-bicarbonate （DCB） solution.The relationship between fissure-surface strength and leaching time was investigated by shearing test，and the microscopic mechanism of the fissure-surface strength was revealed.The results show that after DCB solution leached along the preset fissure-surface for different days，the sample appearances changed differently.With the leaching time increasing，the deteriorating rate of shear strength of fissure-surface decreased fast at first and then slowly.After 28d leaching，the cohesion and internal friction angle decreased significantly by 51.5% and 45.9%.The microscopic study on gray-green soil sample after leaching test and sheared surface soil after direct shear test found that the content of FeO decreased obviously and the intensity of clay mineral diffraction peak increased to a certain extent.It is supposed that DCB solution removed free iron oxide in soil through REDOX action，resulting in a great change in the appearance of the samples and damages to the adhesion between large aggregates and particles in soil，so the mechanical properties deteriorated.

Key words： expansive soil；fissure surface；shear strength；leaching；free iron oxide