干濕循環下花崗巖殘積土膠結物溶蝕-微結構演化規律與力學行為

康馨 ，趙士成 ，劉鵬

［1.湖南大學 地下空間先進技術研究中心，湖南 長沙，410082；2.建筑安全與節能教育部重點實驗室（湖南大學），湖南 長沙，410082；3.湖南大學 土木工程學院，湖南 長沙，410082］

花崗巖殘積土是母巖在溫暖潮濕的環境下經過一系列的物理化學風化作用而形成的覆蓋于母巖之上的殘積土，其仍殘存有母巖的結構和構造特征［1］.近年來，隨著我國東南沿海地區重大基礎設施項目的快速發展，殘積土的特殊工程特性和相關工程問題引起人們的廣泛關注.在炎熱多雨的氣候下，淺層花崗巖殘積土不可避免地要經歷季節性的干燥和濕潤過程，伴隨著孔隙液在土體內部結構中入滲和析出，殘積土內部膠結物質也會不斷流失，這顯著改變了土的微觀結構和水力學行為［2］.研究表明，土壤水分的變化對土體性能起著重要作用［3］.安然等［4］通過核磁共振成像技術研究多次干濕循環后殘積土中孔隙水信號強度的變化情況，發現多次干濕循環增強保水能力并改善土體的孔隙間連接.劉越等［5］研究干濕循環下殘積土的裂隙演化規律，發現干濕循環作用會引起殘積土的裂隙擴展，裂隙深度與強度衰減有確定的量化關系.在干濕循環過程中，土體的微觀結構（織物∕結構）發生明顯變化，同時伴隨著體積變形，這強烈影響土體剪切強度和導水率［6］.萬勇等［7］通過試驗研究干濕循環長期作用下土體抗剪強度的變化規律.一些研究者也報道了在多次干濕循環下土的抗剪強度特性是不同的［8-9］.這種差異在第一次干濕循環中更明顯，在隨后的干濕循環中逐漸減弱.然而，由于殘積土的特殊膠結結構，其對氣候的季節性變化較為敏感，花崗巖殘積土在多次干濕循環過程中水力學行為和微結構變化規律復雜，尚需深入研究.

花崗巖殘積土的特殊工程地質性質是與其物質成分和結構密切相關的.花崗巖殘積土的黏土礦物組成以高嶺石為主，與一般黏性土不同的是殘積土中含有大量游離氧化鐵，其含量、形態、性質對殘積土的工程地質特性具有重大影響.胡國成等［10］指出作為膠結物質之一，氧化鐵的形態及其含量對土團聚體的形成起著重要的作用.游離氧化鐵及其水合物可以將黏土顆粒結合在一起，形成團聚體，這大大改變了其物理化學性質，如團聚體的穩定性和分散性［11］.王繼莊［12］研究表明，紅黏土的高強度主要是游離氧化鐵所形成的鐵質“結構聯結”的結果.氧化鐵膠體和黏土礦物之間的交互作用是通過改變土顆粒間的聯結狀態及粒間力來控制微觀結構形態，進而影響土體的持水能力和剪切行為［13-14］.馬琳等［15］指出土中游離氧化鐵含量的多少以及其存在形態的差異都將對土的工程性質產生很大影響.Tang 等［16］觀察到在沒有晶間膠結作用的情況下，殘積土的抗拉能力急劇下降.另外，環境物理化學因素的變化會導致游離氧化鐵的破壞、變性或進一步的富集，從而使土的物理力學性質發生相應的變化.然而，現有的研究主要集中在對游離氧化鐵引起的物理力學性能變化的定性描述上，缺乏關于氧化鐵含量變化影響殘積土膠結結構進而改變力學行為的深入研究.

干濕循環影響膨脹土或壓實黏土的體積變化和力學行為已有廣泛研究［17-18］，但花崗巖殘積土作為特殊結構性土在多次干濕循環下的水力學性能還遠未被理解.且以往研究未分析干濕循環過程中游離氧化鐵的含量變化對殘積土力學行為的影響.土體結構的宏觀變形現象都是土體微觀結構改變的結果［19］.以前的微觀研究多集中在干濕循環過程中孔隙大小分布和表面形態的變化［20］，很少對微粒尺寸大小及分布的變化進行系統的研究.本文通過室內干濕循環模擬試驗，并利用三軸固結不排水剪切試驗研究原狀結構性花崗巖殘積土在干濕循環過程中的剪切行為，確定并分析抗剪強度指標的變化.用DCB 方法檢測不同干濕循環次數下殘積土中的游離氧化鐵含量.同時，通過掃描電子顯微鏡（SEM）和動態光散射（DLS）試驗研究土體微觀結構的演變，進一步了解殘積土的水力學行為.

1 材料和樣品制備

1.1 試驗材料

本研究中使用的花崗巖殘積土取自深圳市南山區.完整的樣品是從一個8 m 深的基坑中采集的，用手工挖坑的方法采集長30 cm 的樣品.殘積土的原位含水率約為28.5%，干密度為1.47 g∕cm3，其詳細物理特性和化學構成見表1.根據XRD 衍射試驗發現，該土體除了含有大量石英顆粒外，母巖的礦物成分基本風化為高嶺石，另含有少量的赤鐵礦，其中石英含量為51.3%，高嶺石含量為38%，赤鐵礦含量為8.7%.

表1 花崗巖殘積土物理特性和礦物成分Tab.1 Soil properties and mineral compositions of GRS

1.2 樣品制備

使用三軸取樣裝置來獲取高度為100 mm、直徑為50 mm 的花崗巖殘積土原狀樣.由于原位殘積土的硬度較高，首先在所需的分層方向上切割比目標尺寸稍大的土柱.然后將取樣器緩慢壓入樣品中，直至達到所需的取樣高度，將樣品底部土體與取樣器中的殘積土樣品分離.將殘積土試樣從三軸取樣器中推出，放入三軸飽和器中，然后用鋼絲刀切斷試樣兩端多余土體并刮平表面.樣品制備完后，先使用真空泵將土樣用蒸餾水浸泡飽和，隨后將飽和后土樣放置在恒定溫度（45 ℃）和濕度（85%）下的恒溫恒濕試驗箱中進行干燥［21］，質量變化＜0.02 g∕h 表明干燥階段結束［22］.然后在真空泵中對樣品進行再飽和.在此過程中，土樣經歷了一個完整的干燥-潤濕循環，分別記錄干燥和潤濕條件下樣品的質量和體積.在不同的位置平行測量每個試樣的高度和直徑三次，并取平均高度和直徑來計算試樣的體積.以前的研究表明，土體結構在大約3～5 個干濕循環周期后達到平衡狀態［23］.重復上述過程，直到完成所需的干濕循環次數（第0、1、2和4次）.根據不同干濕循環次數完成后的土體狀態，可確定三軸試驗中使用的原狀花崗巖殘積土試樣的基本物理指標（包括含水率、干密度、空隙比、飽和度），見表2.

表2 不同干濕循環次數后原狀花崗巖殘積土試樣的基本物理指標Tab.2 Basic physical indexes of the intact GRS samples after different D-W cycles

然后將原狀飽和三軸試樣放入真空桶中進行保濕和養護，直到相關試驗開始.圖1 為經受干濕循環后的原狀三軸殘積土樣的圖片.

圖1 經受不同干濕循環次數的原狀三軸殘積土樣Fig.1 The intact triaxial GRS samples after being subjected to the different numbers of D-W cycles

2 測試方案和程序

2.1 三軸剪切試驗

力學性質測試采用GDS 三軸試驗系統，該系統配備先進的壓力與體積控制器，可實現加載與量測的自動化，準確量測荷載作用下土體應力-應變關系，用以研究干濕循環對原狀花崗巖殘積土宏觀力學行為和變形特性的影響.準備好樣品后，在不同圍壓（σ3=30、60 和120 kPa）下進行一系列單調的三軸壓縮試驗.每個試驗包括三個階段：初始飽和、各向同性等壓固結和不排水剪切.在初始飽和階段，每級施加50 kPa 的反壓增量以確保樣品完全飽和［24］.當Skempton 孔隙水壓力系數B≥0.95 時，認為飽和階段已完成.之后，在預先確定的有效約束壓力下進行各向同性固結，直到超孔隙水壓力完全消散.在不排水剪切階段，以0.05 mm∕min 的恒定軸向應變速率進行，并保持排水閥關閉.剪切試驗在20%的軸向應變時結束，試樣視為破壞.經過0、1、2、4 次干濕循環的原狀花崗巖殘積土樣進行3 級有效圍壓下的三軸固結不排水剪切試驗，共耗費12個試樣.

2.2 游離氧化鐵含量測定試驗

采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉溶液（DCB）來去除殘積土中游離氧化鐵并測定其含量.土樣被干燥后通過0.25 mm 的篩子，0.5 g 過篩的土樣被用來測定氧化鐵的含量.用Mehra-Jackson［25］方法測定氧化鐵的含量，將DCB溶液與土樣混合，然后在水浴中加熱到80℃并不斷攪拌，直到樣品呈灰白色.通過離心分離上清液，并依次加入濃度為100 g∕L的鹽酸羥胺、醋酸-醋酸鈉緩沖溶液和1 g∕L 的1，10-菲羅啉溶液.充分攪拌后，在20℃的室溫下放置1.5 h進行顯色.然后用1 cm 的比色皿在520 nm 處測量吸光度.最后，根據測量的吸光度和鐵標準曲線計算出殘積土中含有的游離氧化鐵總量.

2.3 動態光散射試驗

使用Malvern Zetasizer Nano ZS90 儀器分析干濕循環后殘積土的微粒尺寸分布.DLS 技術可以捕捉到由顆粒的布朗運動引起的光散射強度波動，這與微粒子的大小有關.首先將不同干濕循環次數的樣品切成小塊，分別通過0.25 mm的篩子，取2 g過篩土用于DLS 測試.加入去離子水以產生土顆粒懸浮液.然后用吸管提取土壤懸浮液并轉移到反應容器中.在加入樣品前，用超聲波消除反應容器中殘留的氣泡，并用去離子水沖洗三次以防止交叉污染.每次測量時，樣品的遮光率保持在15%.

3 結果和討論

3.1 干濕循環中殘積土的體積變化情況

分別測量和計算不同干濕循環次數后的殘積土樣品的體積，并將其變化規律繪制在圖2 中.干燥導致土體收縮，濕潤導致土體膨脹，但這兩個過程引起的土體結構變化是不完全可逆的，這點從體積變化曲線中存在明顯的滯后環可以看出.在干燥條件下，殘積土樣品的體積從第1 到第4 個干濕循環周期持續減小，并在第4 個干濕循環周期后逐步達到穩定值.樣品體積的持續減小主要是由兩個因素造成的：土樣的質量損失和土體裂縫的延伸.在連續干燥-濕潤過程中，土樣經歷反復的沖洗作用，表面的細粒土會被沖走.此外，當土體中出現裂縫時，土樣更容易失水和風干，土顆粒之間的孔隙隨之減小，從而導致土樣體積的收縮.在完成整個干濕循環后，土樣出現累積的收縮變形，且收縮幅度隨著干濕循環次數的增加而變大.干濕循環歷史對土壤體積變化的影響是由于機械和水力行為之間的耦合效應［26］.然而，體積收縮不可能無限制地發展，隨著干濕過程的繼續最終達到平衡狀態.由于干濕循環引起的不可逆的體積變形程度隨著循環次數的增加而逐漸減少，因此每個循環后都會形成一個更穩定的土體結構［27］.

圖2 不同干濕循環次數下殘積土樣體變變化Fig.2 The changes in volumetric strain of the GRS samples at different numbers of D-W cycles

3.2 干濕循環對殘積土剪切行為的影響

3.2.1 應力-應變關系和孔壓-應變關系

圖3 說明在三種圍壓下，經歷不同次數干濕循環的殘積土的偏應力和超孔隙水壓力隨軸向應變的變化情況.由未經歷干濕循環的土樣的應力-應變曲線可以看出，在30 kPa 下土樣內部的偏應力始終處于增長狀態，呈現出應變硬化類型；在60 kPa下剪切的樣品，其應力-應變曲線表現出輕微的應變軟化特征；當壓力增加到120 kPa 時，表現為明顯的軟化狀態.隨著圍壓的增加，明顯觀察到土樣的應力-應變關系發生了相變.通過分析土樣的應力-應變曲線結果，王成華等［28］明確指出剪切過程中應力-應變關系轉變的普遍存在性.一般，隨著圍壓的增加，應力-應變關系會從應變軟化階段轉變為應變硬化階段.然而，原狀殘積土的應力-應變行為與上述描述完全相反.據推測，原狀花崗巖殘積土具有很強的膠結結構，結構特性的存在大大增強了土體抗剪能力，但它會隨著圍壓的增加而降低.即在較低的圍壓下，殘積土表現出結構土的力學特性，而在較大的圍壓下，結構特性對應力-應變曲線的影響相對減小.

圖3 不同干濕循環次數下處于不同圍壓下殘積土的剪切行為Fig.3 Shear behaviors of GRS samples at three confining pressures under

低圍壓（30 kPa）下，殘積土在第0、1、2、4 次干濕循環下的應力-應變曲線都屬于弱應變硬化型.在初始階段，偏離應力線性增加，然后斜率逐漸減小，最終趨于穩定或略有增加.相似地，經歷第0 次和第1次干濕循環的60 kPa 的樣品的應力-應變關系也顯示出弱應變硬化.然而，在第2 個干濕循環后應力-應變曲線將轉變為應變軟化型，即偏應力先上升到峰值然后逐漸下降到穩定值.隨著干濕循環次數的增加，應力-應變曲線在120 kPa 時逐漸從弱應變軟化轉變為明顯的應變軟化.此現象表明，結構特征的存在使原狀殘積土在不同干濕循環次數下的應力-應變關系有相當大的差異.此外，周期性的干濕循環同時削弱了土的結構特性，導致土體在第2 個干濕循環后出現明顯的應變軟化特征.經過反復的干濕循環，強度軟化現象進一步加劇，應力-應變曲線類型逐漸從加強型向穩定型和軟化型轉換.

在三軸固結不排水剪切試驗過程中，土的總體積保持不變，超孔隙水壓力和有效應力不斷調整.超孔隙水壓力最初保持增加的趨勢，然后隨著應變的增加而減少.超孔隙水壓力曲線有一個明顯的拐點，它幾乎與線性增長剪切強度（彈性范圍）對應的軸向應變相同.在30 kPa的圍壓下，超孔隙水壓力在小的應變范圍內迅速增加到一個峰值，然后開始大幅度下降到一個負值，最后穩定下來.這表明，在剪切過程中樣品首先表現出剪切收縮的特性，然后是明顯的擴張趨勢.當有效圍壓較大時，土的橫向變形受到抑制，正的超孔隙水壓力一直存在.在整個剪切過程中，殘積土均表現出剪切收縮的趨勢.一般在剪切階段開始時，超孔隙水壓力的增加表明殘積土的體積收縮，然后在達到峰值后逐漸減少，這表明土樣的剪切擴張趨勢.在剪切階段結束時超孔隙水壓力保持穩定的下降趨勢.

3.2.2 有效強度指標

三軸剪切試驗中有效應力路徑上的峰值點被認為是剪切破壞點（圖4）.將這些點畫成一條線，然后計算出土的有效抗剪強度指標，即有效黏聚力c'和有效內摩擦角φ'.采用修正劍橋模型中的臨界狀態理論確定原狀花崗巖殘積土的抗剪強度指標［29］.

圖4 不同干濕循環下的峰值剪應力Fig.4 Peak shear stress at different D-W cycles

式中：M和S分別為失效線在p'-q平面上的斜率和截距；p'為平均主應力.

根據上述方法得到經歷不同干濕循環次數的殘積土的有效強度指標，結果見表3.可以看出，隨著干濕循環次數的增加，殘積土的有效黏聚力c'逐漸降低，而有效內摩擦角φ'則逐漸增加.在第4 次干濕循環后，有效黏聚力c'由初始的14.78 kPa 下降到7.68 kPa，黏聚力值衰減了48.04%；而有效內摩擦角φ'由初始的30.62°增大到37.30°，內摩擦角增加了21.82%.另外，在第1 次干濕循環后，有效黏聚力衰減35.86%，占總衰減量的一半以上，并且在之后的干濕循環過程中衰減程度逐漸減弱.有效內摩擦角隨干濕循環次數的變化規律與黏聚力的變化基本相似，在第1次干濕循環時有23.02%的相對較大增長，并在后續干濕循環中趨于穩定.花崗巖殘積土的長期力學性能將在連續的干濕循環過程中穩定下來.綜上，干濕循環對花崗巖殘積土力學性能的劣化影響主要表現為有效黏聚力的降低，而有效內摩擦角的增大是導致干濕循環后殘積土峰值強度增加的內在因素.

表3 不同干濕循環次數下抗剪強度指標Tab.3 Shear strength index for different D-W cycles

3.3 干濕循環過程中殘積土膠結結構的變化規律

3.3.1 微觀結構的定性分析

圖5 展示不同干濕循環次數下殘積土樣品的SEM 圖像，由圖5（a）可見原狀花崗巖殘積土中存在著密集的團聚體堆積，疊片狀的高嶺土礦物以面與面（FF）接觸的形式產生團聚體，這些團聚體又以邊與面（EF）或邊與邊（EE）接觸的形式相互連接.密集的團聚體在空間上處于混合和堆積的狀態，其內部形成大量的微小孔隙，在團聚體聚集區外以及團聚體間存在著較大的裂隙和孔洞，殘積土的微觀結構顯示出無序松散的排列模式.從圖5（a）中還可觀察到高嶺土礦物與氧化物顆粒間的顯著結合，氧化鐵顆粒包裹在高嶺土片層表面，將各自分散的高嶺土片層膠結堆覆.經過干濕循環后，顆粒和團聚體之間原有的膠體聯系開始被破壞，大部分相互接觸的顆粒或團聚體逐漸轉變為面與面（FF）的形式.在第1個干濕循環中，高嶺土片層堆積形成的各團聚體排列更加緊密，呈現一定的方向性，并且各團聚體以邊與面（EF）接觸的形式相互聯結形成更大的團塊.大團塊中各團聚體內的微孔變大變多，但各團聚體間的孔隙明顯減少.經歷不同干濕循環次數的殘積土樣品之間連接孔隙數量的變化以及不同位置土體內部孔隙結構的變化都比較大.在第4 個干濕循環中，顆粒或團塊明顯形成較大的團聚體，但同時也產生更大的孔洞和裂縫.

圖5 不同干濕循環次數下殘積土樣的SEM圖像Fig.5 SEM micrographs of GRS samples with different numbers of D-W cycles

3.3.2 膠結氧化鐵的定量分析

原狀花崗巖殘積土樣的剖面如圖6 所示，其類型主要是紅褐色、黃紅色、黃白色和灰白色，它們由下層混合花崗巖的風化形成.顏色上的明顯差異表征殘積土的強烈風化異質性.殘積土中的鐵氧化物通常以游離形式存在.

為了更好地描述干濕循環下殘積土中游離氧化鐵的含量變化，選擇黃紅色和黃白色這兩類土樣，因為它們的氧化鐵含量分布相對均勻.經過多次干濕循環后，黃紅色和黃白色殘積土樣中游離氧化鐵含量的變化情況見圖7.

圖7 不同干濕循環次數下殘積土游離氧化鐵含量變化Fig.7 The variations of FIOs content in the residual soils underwent multiple D-W cycles

可以看出黃紅色土樣有著更高的氧化鐵含量，這也與它的顏色更紅的狀態一致.在干濕循環后，兩種土的氧化鐵含量均呈下降的趨勢，并最終趨于穩定的數值，這表明在吸濕過程中水的浸入溶解了殘積土中的膠體物質.鐵氧化物和黏土礦物之間的相互作用是通過改變土顆粒之間的結合狀態和晶間力來控制微觀結構形態，進而改變土的力學特性.未經歷干濕循環的土樣有著較高的氧化鐵含量，但從SEM 圖像中并未觀察到明顯的膠結現象.這可能是由于在土樣制備過程中原先形成的鐵質結構連接部分被破壞，膠結狀態很難在短時間內恢復.膠結效應在第1 個干濕循環后最為明顯.老化效應可能是造成這種現象的原因.在干燥過程中，樣品處于恒溫（45 ℃）和恒濕（85%）下，這相當于一個固化過程，催化了殘積土中結晶性氧化鐵的形成和膠結的水化反應，因此土的聚集性得到加強.Liu等［30］還發現，反復的干濕循環可以導致殘積土中的土顆粒聚集，從而在團聚體之間形成了一些相對較大的中間層.然而，在隨后的干濕循環過程中，膠結作用逐漸退化.

3.3.3 微粒尺寸及分布特征

圖8 通過DLS 測量揭示了花崗巖殘積土在經歷不同干濕循環后的累積粒徑體積曲線和相對粒徑體積曲線.可以看出，干濕循環后殘積土累積粒徑體積曲線向左移動.顆粒大小的差異在第1 個循環中最明顯，并在隨后的循環不斷減小.第0次、第1次、第2次和第4 次循環的d90分別為180.1 μm、95.7 μm、77.83 μm 和63.29 μm .第0 次干濕循環下的顆粒大小體積的相對分布曲線顯示一個雙峰曲線，其特點是有兩個明顯的峰值，分別對應22.5 μm（主峰）和168.5 μm（次峰）的直徑.然而，隨著干濕循環次數的增加逐漸變為單峰曲線，其峰值對應于20～30 μm 的區間.此外，當土樣經受干濕循環時，黏土粒徑體積（＜5 μm）沒有明顯變化，但相對中間的粒徑體積（20～100 μm）有明顯增加.花崗巖殘積土粒度分布的變化可以歸結為以下幾個原因：由于水化過程，一系列的干濕循環可能會導致大型團聚體的分解，導致次級團聚體的體積密度增加［31］；在反復的干燥和濕潤過程中團聚體中游離氧化鐵膠結物的減少被認為是導致土顆粒度密度增加的另一個因素.由游離氧化鐵膠結在一起的土顆粒被分散，所以大顆粒的比例相對減少，而小顆粒的比例相對增加；另外，在完全去除氧化鐵后，殘積土的PSD 曲線與經歷多次干濕循環土樣的PSD 曲線在形狀和曲率上沒有明顯變化，這反映出只有部分游離氧化鐵參與土顆粒的膠結.進而可知，這部分氧化鐵的含量對殘積土的粒度分布起著重要作用，這與既有研究結果相近［32］.由于膠結鐵質的不斷溶蝕減弱原狀土的結構強度，殘積土的抗剪能力漸漸喪失，同時土顆粒的分散性顯著增大.

圖8 不同干濕循環次數下殘積土的累積粒徑體積曲線和相對粒徑體積曲線Fig.8 The cumulative particle volume and the relative particle volume of GRS samples after undergoing different D-W cycle

4 干濕循環下殘積土結構特征演變

在地質形成的漫長過程中，由膠體氧化物和黏土顆粒形成的集合體有助于形成殘積土的膠結結構特征.殘積土的骨架主要由團聚體組成，大的團聚體中充滿分布不均的黏土顆粒和砂質顆粒.由于黏粒的含量較低，初始裂縫相對較寬，團聚體內部裂隙會隨著裂縫的發展增多.在干燥過程中，由于水分的蒸發，土體在轉變為非飽和狀態的過程中會產生吸力，超高的基質吸力會將土顆粒拉近，急劇的體積收縮促進土的超固結狀態出現.由黏土顆粒膠結形成的團聚體持續收縮，互鎖的堆積物變得更加緊密.此外，適宜的溫濕度催化殘積土中結晶性氧化鐵的形成和膠結的水化反應，起到膠結作用的游離氧化鐵被固化，因此土粒的聚集性得到加強.在潤濕過程中當水侵入土樣時，黏土顆粒被分散，膠結材料的水解流失削弱了顆粒間的黏聚力.水分遷移通常伴隨著土中細粒的流失，這又導致裂縫的擴大，形成通水通道.在土體吸水膨脹作用下，氧化鐵膠結系統也會部分崩潰，殘積土的結構特性被削弱.在經歷多次干燥-潤濕過程后，殘積土內部的膠結物質逐漸溶解和流失，土顆粒之間的結構強度顯著下降，從而導致土體黏聚力下降.此外土體內部黏粒流失嚴重，形成貫通的水分運移通道，為裂隙發育提供條件.不可逆的體積收縮，團聚體的分解和石英顆粒的釋放會增強晶間摩擦，這解釋了土體內摩擦角的增加，最終土體結構會趨于穩定.反復的干濕循環引起土體的周期性膨脹和收縮，孔隙水的遷移，以及土體內粗顆粒和團聚體的分解，同時導致土壤微觀結構的變化（如體積收縮、裂縫滲透、膠結物水解、微粒的釋放重排和微裂縫的延伸）.

5 結論

基于實驗室試驗，通過分析多次干濕循環和游離氧化鐵對殘積土微觀結構和力學特性的影響，包括微粒尺寸的變化、剪切行為，得出以下結論：

1）干濕循環導致殘積土的累積收縮變形.殘積土體積變化的特點是吸水歷史和微裂縫發展之間的耦合效應.原狀殘積土的相對尺寸分布曲線表現出明顯的雙峰，但在干濕循環條件下或去除氧化鐵后變為單峰曲線.

2）游離氧化鐵可將土中細顆粒膠結黏合形成大的團聚體.在干濕循環后，殘積土的氧化鐵含量呈下降趨勢，但最終趨于穩定.由于含鐵礦物膠結結構的存在，殘積土表現出較強的結構特性，但隨著干濕循環的進行逐漸變弱.

3）原狀殘積土具有很強的結構特性，在低約束壓力下，殘積土結構特性保持良好狀態，對干燥和潤濕不敏感.但在較高壓力下，土體結構特性變弱，對干濕循環的反應更加明顯.同時連續干濕循環會削弱土體的結構特性，導致殘積土在第2 個循環后出現明顯應變軟化.

4）在多次干濕循環下，有效黏聚力c'隨著干濕循環的增加而下降，有效內摩擦角φ'則逐漸增長.在反復干濕循環后，殘積土的長期性能趨于穩定.膠結物（游離氧化鐵）的溶解流失和裂縫的發展共同促成有效黏聚力的降低.此外，不可逆的體積收縮和細顆粒含量的增加導致有效內摩擦角的增加.