干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004-9665／2011／19(4)一0478—05干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究木包惠明魏雪丰(桂林理工大学，土木与建筑工程学院桂林541oo4)摘要通过膨胀土多次干湿循环的三轴和直剪实验，从试样裂隙率计算结果可以得出，三轴试样，经第1次循环，其表面裂隙率增幅最大，2～4次循环增幅较大，第5次循环增幅较小。直剪试样，试样表面裂隙率经1～3次循环增幅较大，第4次循环增幅较小，第5次循环以后试样表面裂隙率有所降低，但降低的幅度不大。总的说来，随干湿循环次数的不断增加，膨胀土试样表面裂隙率不断增大。关键词膨胀

2、土干湿循环裂隙分形中图分类号：P642．13文献标识码：AFRACTALRESEARCHTHECRACKCHARACTERISTICEXPANSIVESoILUNDERWETTING．DRYGCYCLEBA0HuimingWEIXuefeng(GuilinUniversityofTechnology，Guilin541004)AbstractBymeansofthewetting—dryingcycletestsoftriaxialanddirect—shearontheexpansivesoil．rI'Iletestfindsthatwithfirstwetting—dryin

3、gcycletriaxialtest，thecrackratioinexpansivesoilsamplesurfaceisthelargestincrease，withsecondtofourthwetting—dryingcycle，thecrackratioinexpansivesoilsamplesurfaceisthebiggerin—crease．Andthecrackratioinexpansivesoilsamplesurfaceisthelittleincrease，withthewetting—dryingcycleismorethanfive．Andthes

4、ameresultisfindsinthedirect·sheartest．Allinall，Withthenumberoftimeswetting-dr-～yingcycleincreasingly，thecrackratioinexpansivesoilsamplesurfaceisconstantlyincreasing．KeywordsExpansivesoil，Witting—dryingcycle，Crack，Fractal对膨胀土的基本物理化学性质、变形特性及治理等1引言方面，而且多为针对1次胀缩而已。近年来，有些学者开展了干湿循环研究，如崔激，徐彬J，Bas—j膨

5、胀土是一种对环境湿度变化敏感，由强亲水ma，刘松玉_6j，杨和平[等，但他们均多集中在膨性矿物蒙脱石和伊利石等组成，具有多裂隙性、强胀胀土的物理力学性质，针对膨胀土裂隙变化特点的缩性和强度衰减性的高塑性黏土[，，其膨胀与收研究较少。本文根据膨胀土5次干湿循环试验，利缩的可逆性是其重要属性，外部荷载和含水量的变用分形理论描述膨胀土裂隙变化的特征，探讨膨胀化则是2个主要的外在因素。以前的研究多集中于土性质变化的机理。}收稿日期：2011—03—2O；收到修改稿日期：2011—06—10．基金项目：国家自然科学基金项目(50868003)和广西自然科学基金项目(GKN07109005—

6、6)第一作者简介：包惠明，从事边坡工程与道路工程教学与研究工作．Email：bhming@163．COm19(4)包惠明等：干湿循环条件下膨胀土裂隙特征分形研究479为了取得更好的对比性，分形维数计算所用裂隙图2分形理论像与裂隙率计算所用图像一致。为此基于MATLAB设计了专门的程序进行图像处理(图2)。美国IBM公司的数学家BenoitB．Mandelbrot(1975)在《自然界中的分形几何》一书中首次提出了“分形(Fracta1)”这个新术语_8J。分形几何可以描述自然界不规则以及杂乱无章的现象和行为。分形几何学主要概念是自相似性和分数维数。分形理论也在膨胀土中应用_9，m

7、』。根据盒维数的基本定义，膨胀土试样表面裂隙区的分维可用下式计算：D=lgN(￡)／lg(1／L)试验结果表明，lg(1／L)和lgN(L)之间存在很好的线性关系，在双对数坐标系中对数据点图2膨胀土试样表面裂隙的分维数程序计算框图(1g(1／L)，lgN(L))以最小二乘法进行线性拟合，所Fig．2Thecalculationflowdiagramoftheexpansive得拟合曲线的斜率就是试样表面裂隙的分形维soilcrackdimension数D。显然随干湿循环次数的不断