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超过 ９９％）增湿，直至试样的含水率趋于稳定后，再将其烘干，通过定期测定试样的体积和质量，描
述其在膨胀和收缩过程中的性质。
Ｎａｖａｒ等 ［１４］ 在墨西哥西北部的膨胀性黏土层（砂粒、粉粒和黏粒含量分别为 ２０％、３０％和 ５０％，
黏土矿物为蒙脱石）选取两个试验场（规模为 １１．３ｍ × １．３ｍ）开展收缩 － 开裂 － 降雨试验，测得裂隙宽
度、积水点、裂隙内的水分流速及其释水量。此外，在两个试验场土层内 １０、２０、３０ｃｍ深度处布置
张力计，以测定不同时刻的基质吸力，并在降雨试验过程中，对其中一个试验场土层 １０ｃｍ深度处
（基质吸力变化范围最大的深度）在基质吸力为 ２００、１２０和 ７０ｋＰａ时取样并测定含水率。
４．２ 文献［２２，４３ － ４４］中膨胀土的收缩－ 开裂－ 沉陷试验及持水试验简介 除 ４．１节所述膨胀土的现场
试验结果外，还可整理文献［ ２２，４３ － ４４］的膨胀土收缩试验结果，以对比验证第 ３节提出数学模型的
［４３］
有效性。Ｈａｌｌａｉｒｅ 在深度为 １２０ｃｍ范围的黏土层（黏粒含量为 ５２％～５６％，黏土矿物成分主要为蒙脱
石和绿泥石）中取得原状试样进行干缩试验，采用位移传感器测定试样的沉陷量，并用直径为 ０．２ｍｍ
的玻璃微珠充填裂隙以定量描述试样的开裂特征，此外，还通过分析土层的现场试验监测数据和图像
估算得土层的裂隙体积；Ｒｅｅｖｅ等 ［４４］ 分别对 ３种膨胀性黏土样进行收缩和持水试验（测定含水率与基
质吸力的关系），土样编号分别为 ＷｒｙｅＢｗ、ＷｒｙｅＢｇ、Ｆｌａｄｂｕｒｙ，相应的黏粒含量分别为 ５８％、６４％、
５９％，粉粒含量分别为 ３５％、３１％、２６％，黏土矿物成分主要为蒙脱石；Ｓａｌａｇｅｒ等 ［２２］ 利用压力板仪测
定了 ３个初始孔隙比 ｅ＝ １．０１、０．８６、０．６８（其中 ｅ＝ ｅ ）的含黏粉砂样（砂粒、粉粒和黏粒含量分别为
０ ０ ｍａｘ
７２％、１８％和 １０％，液限和塑限分别为 ２５％和 １４．５％）的体积、含水率和基质吸力之间关系。
４．３ 安康膨胀土收缩－ 开裂－ 沉陷的室内试验方法 除已有文献的试验结果外，本文还对安康膨胀土
开展了收缩－ 开裂－ 沉陷的室内试验，以进一步验证第 ３节提出的数学模型。试验所用膨胀土取自陕西
省安康市富强机场附近，呈褐黄色，取样深度约 ７ｍ。其主要物理力学性质参数如表 １所示。至于安
康膨胀土的矿物成分，可对其粉末试样开展 Ｘ射线衍射试验进行鉴定。通过 ＭＤＩＪａｄｅ软件分析 Ｘ射
线衍射试验数据以求得衍射强度的特征值和半宽高（如图 ４所示，其中 ＣＰＳ为每秒收集的光子数，以
表征衍射强度，θ 为衍射角，蓝色数值为衍射强度特征值对应的半宽高），进而将这两类数值与 ＪＣＰＤＳ
卡片（包含单相纯净矿物的衍射强度和半宽高）进行比对，最终鉴定出安康膨胀土的主要矿物成分及其
含量分别为：伊利石约占 ４５％，蒙脱石约占 ８．２％，高岭石约占 ３１．５％，石英约占 １５．３％。

表 １ 试验用土的主要物理力学性质参数
３
土粒比重 最优含水率?％ 最大干密度?（ｇ?ｃｍ ） 液限?％ 塑限?％ 自由膨胀率?％ 黏粒含量?％ 粉粒含量?％ 砂粒含量?％
２．７０ １８．８ １．７３ ４２．１ ２３．２ ５６ ７．５２ ８２．４ １０．０８

依据文献［４５］所述方法开展收缩 － 开裂 － 沉陷的室
内试验，试验装置主要包括数码相机、支架、遮光板、
ＬＥＤ灯（２个，可 调 节 亮 度）、电 子 天 平 （量 程 １０ｋｇ，
精度 ０．０１ｇ）、计算机（用于图像处理）、长方体试样盒
（ ３个，材质均为透明亚克力板，长、宽、高均分别为
１６０ｍｍ × １６０ｍｍ × ５０ｍｍ），在试样盒四边垂直于其底面
中心处设置 刻 度 （长度为 ０～５ｃｍ、分 度 值 为 １ｍｍ）。
关于试验步骤，可依据文献［４５］，先将取回的土样风
干碾碎，过 ２ｍｍ筛，与适量蒸馏水混合拌匀，配制成
初始含水率约为 ６０％的饱和泥浆。再次，称取一定量
的泥浆静置于试样盒中，预先在其 ４个侧面涂抹凡士
图 ４ 安康膨胀土的 Ｘ射线衍射图谱
林，以尽可能消除泥浆样沉陷过程中的 挂 壁 现象，并
对其称重。最后，将泥浆样置于室温环境下干燥失水，观测试样的收缩、开裂和沉陷过程。试验中同
时放置 ３个平行试样。在干燥失水过程中，定时称取试样的质量，测定含水率变化，并同时对试样表

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