DCB溶液作用下膨脹土裂隙面力學特性試驗研究

摘要：為了探究水化學作用下膨脹土裂隙面力學特性的變化，選取引江濟淮工程菜子湖C003標段膨脹土，通過特定的制樣方式賦予試樣預設裂隙面，采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉（DCB）溶液對含裂隙土樣進行淋濾，并對淋濾后的試樣進行抗剪強度試驗研究，探究裂隙面強度變化與淋濾時間的關系，揭示淋濾后膨脹土裂隙面強度變化的微觀機理。試驗結果表明：DCB溶液沿著預設裂隙面和試樣內部淋濾不同天數后，試樣形貌特征出現了不同的變化；裂隙面抗剪強度降低速率隨著淋濾時間的增加先變快后變慢，在淋濾28 d后裂隙面抗剪強度指標下降明顯，黏聚力和內摩擦角分別下降51.5％和45.9％；對淋濾后試樣表面灰綠土樣和直剪試驗后剪切面土樣進行微細觀研究發現，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度有一定程度的升高。微觀機理分析可知，DCB溶液通過氧化還原作用對土中游離氧化鐵進行去除，使試樣外觀形貌出現較大變化，破壞了土中大的團聚體與顆粒之間的黏結力，從而導致土體力學特性劣化。

關 鍵 詞：膨脹土；裂隙面；抗剪強度；淋濾；游離氧化鐵

中圖法分類號：TU443

文獻標志碼：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，并在含水率變化時出現體積交替變化的特殊土^［1］。實際工程中，地下水總是會沿著土體內部的優勢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期作用會引發溶蝕作用、沉淀作用和陽離子吸附作用等水化學過程^［2］。這些過程會綜合影響土體的物理化學特性。湯文等^［3］發現水化學環境對滑帶土的主要作用表現在水對滑帶礦物成分的溶蝕和水與礦物成分之間的化學反應。閻瑞敏等^［4］發現水土化學作用是影響滑帶土微觀結構的主要原因。常錦等^［5］以不同酸性溶液浸泡土樣來研究酸雨對其脹縮性能的影響，結果發現酸性環境會加劇膨脹土的脹縮變形，且會使礦物的結晶程度變差，膠結物遭受溶蝕和淋濾。趙宇等^［6］對三峽庫區滑面以及鄰近面進行礦物成分研究后發現滑面上的蒙脫石含量明顯高于鄰近面。劉媛等^［7］設計不同pH的Ca²⁺溶液對滑坡土體進行30 d室內循環飽水試驗，結果表明溶液中Ca²⁺的存在抑制了對水土作用體系反應進程，使顆粒間變緊密，滑坡體更加趨于穩定。Hu等^［8］發現當黃土處于NaOH溶液的環境下，抗剪強度會增強，主要原因是土體中石英與NaOH反應生成硅酸鈉膠結物導致。Lin等^［9］通過研究不同濃度酸堿鹽溶液對粉質黏土的影響發現，隨著酸和堿濃度的增大，土體的物理特性指標和不排水抗剪強度均增大。王斯海等^［10］通過酸堿液處理南寧膨脹土發現酸液會增強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，這種特性會對邊坡及渠道工程造成很大的危害，如邊坡失穩、地基沉降不均等。而邊坡失穩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，該種裂隙是指在大氣影響深度以下充分發育的原生裂隙，目前對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象，認為原生裂隙是由構造產生的一種具有規律性的裂隙。劉特洪^［13］認為，原生裂隙是在巖石成土過程中由于長期外界因素作用而產生的裂隙。由于該種裂隙的存在，使得膨脹土土體強度由土塊強度和裂隙面強度綜合反映^［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土，其含水率高，質地偏軟，力學強度低且具有蠟狀光澤面^［11］。目前的研究普遍認為裂隙中灰綠色充填物的形成是由于地下水活動較強，從而與土體發生氧化還原反應造成三價鐵膠結物流失以及黏土礦物富集而形成的。孔德坊^［15］認為裂隙處灰綠色黏土形成的原因是土中三價鐵被還原為二價鐵，并以極緩慢的滲透速度向裂隙兩側黏土中遷移，這樣就賦予了土體不同的顏色。由于裂隙中充填物的強度決定了裂隙面強度，而膨脹土邊坡失穩又多沿此裂隙面發生^［14］，所以關于土體裂隙面強度的研究具有實際工程意義。

傳統水土化學作用試驗多研究水化學作用對土塊強度的影響，而對土體裂隙面強度的研究有所欠缺，即使有部分學者開展過土體裂隙面強度的相關研究，但由于室內模擬制樣技術的限制也只能采用現場取樣的方式，而現場取樣研究存在取樣困難、擾動較大等問題，且取樣無法精確控制土體裂隙面的形態，給后續進行力學強度試驗及微細觀研究帶來許多困難。為了在室內模擬試樣原生裂隙，并還原土體裂隙面夾雜灰綠色填充物的現象，本文提出了一種新的制樣方式：采用特定的淋濾試驗裝置淋濾預設裂隙膨脹土，淋濾完成后切取環刀樣進行直接剪切試驗，研究淋濾后膨脹土裂隙面的抗剪強度，并通過X射線衍射試驗（XRD）、X射線熒光光譜儀分析（XRF）對淋濾后的膨脹土進行微細觀研究，從微觀上解釋水化學作用下膨脹土裂隙面力學特性變化的機理。

1 試驗設計

1.1 試驗用土

試驗土樣取自引江濟淮工程菜子湖線C003標段，試樣整體呈現紅褐色，按照GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》^［16］，將風干后的土樣碾碎并過篩，分別準備足量的2 mm和5 mm篩下土，進行基本物理力學試驗。表1為C003標段膨脹土的基本物理力學性質。按照GB/T 50145—2007《土的工程分類標準》可判定該土屬于低液限黏土，同時結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成分的相對含量以及游離氧化鐵相關指標。由表2可知，菜子湖線膨脹土化學成分以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，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

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

（1）長方體試樣的制備。將拌合后的土料按照17.8％的含水率和95％擊實度下的干密度，使用如圖1（a）所示特定的擊樣裝置制作長185 mm、寬102 mm、厚10 mm的長方體試樣，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現。淋濾盒長為185 mm、寬為172 mm、厚度為22 mm，由5塊可拆卸有機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方體試樣放入拆卸后的淋濾盒中，放上長205 mm、寬102 mm、厚度2 mm的土工膜，再將另一長方體試樣放入盒中，而后將淋濾盒組裝起來壓實，使土樣與淋濾盒側壁貼緊，最后把土工膜從側面抽出，兩個方塊樣中間便產生了2mm裂隙，如圖2所示。

1.3 淋濾溶液的選擇

目前學者研究都一致認為，實際工程中出現的裂隙面夾雜灰綠土現象是由于水土之間發生了氧化還原反應，導致土中Fe³⁺被還原，因而土體出現了顏色上的變化。胡波等^［14］對現場取土的灰綠色充填物進行微觀研究，也發現了裂隙面灰綠色黏土三價鐵氧化物含量較兩側土偏低的情況。實際工程中地下水通常是多種離子混合且呈現弱堿性的液體，水土之間的氧化還原反應隨著時間的推移緩慢發生，并逐漸形成了裂隙面夾雜灰綠色黏土的現象。為了能夠短時間內在室內還原這種現象，在淋濾時應選擇一種既具有較強還原性又呈現堿性的溶液，DCB溶液就同時滿足以上兩個條件。DCB溶液由連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉混合制成，主要作用機理是通過連二亞硫酸鈉的強還原性將土中的三價鐵氧化物還原，還原后的亞鐵離子與檸檬酸根形成較為穩定的絡合物，涉及的主要反應方程式如下：

6Fe³⁺+SO^2-+4HO 6Fe²⁺+2SO^2-+8H⁺

DCB溶液的配制方法參照GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》。

1.4 試驗裝置

試驗裝置如圖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。溶液箱下設置有進氣管和出液管，4個淋濾盒的進氣管長度保持一致，以控制4個淋濾盒保持同樣的水頭高度。DCB溶液自溶液箱流出，經過淋濾盒流經土樣，最后流入抽濾瓶中，整個試驗過程真空泵示數維持在30 kPa。

1.5 試驗方法及內容

對含裂隙的長方體試樣淋濾14，28，56 d，淋濾完成后切削環刀試樣。由于淋濾溶液自上而下流動，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對試驗結果造成影響，在切樣之前首先對環刀進行標記，將環刀作標記的一側放置試樣上半部分，按照GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》切取環刀土樣。每個方塊樣切出兩個環刀樣，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。

對切得的環刀樣進行干密度與飽和度的計算，見表3。由表3可知，淋濾不同時間后的試樣干密度、飽和度與未淋濾重塑飽和樣相比差別不大。對淋濾14，28，56 d切得的環刀試樣進行固結慢剪試驗，剪切速率為0.016 mm/min，上覆荷載為50，100，200，400 kPa。裝樣時保證環刀標記一側與剪切面開始剪切一側重合，固結前對土樣固結壓縮量進行預估，并在剪切盒底部墊上一定厚度的濾紙，以保證剪切面嚴格與裂隙面重合。固結期間對試樣的豎向壓縮量進行記錄，見表4，可見不同淋濾時間的土樣在相同豎向荷載下的固結壓縮量比較接近，且固結后的試樣剪切面仍能保證與預設裂隙面重合。剪切完成后，取淋濾后土樣及剪切面土樣進行X射線衍射試驗、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研究

2.1 DCB溶液作用對試樣物理特性的影響

DCB溶液淋濾后土樣出現外觀上的顏色變化，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后的試樣表面出現更多的灰白色斑塊，并伴有形狀不規則的灰綠色土樣，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較軟。

2.2 DCB溶液作用對試樣力學特性的影響

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

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，試樣剪切面沿著預設裂隙面開展，且剪切面土體隨著淋濾時間的增加出現了不同的變化：淋濾14 d后，土樣剪切面出現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了大片灰綠色土，剪切面下部也出現了許多灰白色和灰綠色點狀斑塊，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。剪切面出現上下顏色差異的主要原因是由于DCB溶液與土體反應并不均勻，溶液自上而下淋濾且上部土體與溶液直接接觸，因此反應較為充分，水化學作用相較于下側土更劇烈，從而導致剪切面上下顏色有一定的差異。

3 裂隙膨脹土微觀試驗研究

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

3.1 X射線熒光光譜儀分析（XRF）

X射線熒光光譜儀分析結果見表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一步除去，導致土體結構性變差，顆粒變得分散，力學強度下降較多。淋濾56 d后，各部分土體的化學成分與28 d相差不大。

根據XRF試驗結果可以推測在實際工況中，地下水沿著土中裂隙滲流，并與裂隙處土體發生了氧化還原反應，從而導致實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度與未淋濾土相比均出現了一定程度的變化。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含量也會升高，這是因為土中游離氧化鐵主要分布在片狀黏土礦物的表面，以包膜和膠結橋的形式存在，包膜主要是通過包裹或沉積的方式形成^［17］；膠結橋則是通過吸附作用與土中其他粒子結合而形成，使顆粒之間相互連接；當游離氧化鐵被去除，其中包裹的黏土礦物便會釋放出來，同時膠結橋也會斷開，從而導致黏土礦物特征峰強度上升，這與羅紅禧^［19］和李榮彪^［20］等的研究結果一致。剪切面的黏土礦物相對含量的上升，會對剪切面起潤滑作用^［21］，這也是淋濾后土體內摩擦角下降的另一個原因。剪切面上部土和試樣表面灰綠土石英的衍射峰強度也有一定程度的升高，這是因為當起膠結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構系統被破壞，黏土礦物對石英的掩蓋作用被減弱導致的。

胡波等^［14］對南陽膨脹土現場取樣的裂隙面土體進行了礦物成分的研究，發現裂隙面土相較于兩側土，伊蒙混層含量也出現了上升，但伊利石含量卻出現了下降。現場試驗結果與室內試驗結果不同的原因主要是：實際情況中的地下水是一種多離子混合液體，當地下水沿著土中原生裂隙滲流，水與土之間發生長期的化學作用，該水土化學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。在氧化還原反應破壞土中游離氧化鐵的同時，水土之間的離子交換作用又會導致土中釋放出來的伊利石中鉀離子被置換而轉變為蒙脫石^［22］，所以現場土中伊蒙混層礦物相對含量升高而伊利石相對含量有所降低。本文進行室內試驗所采用的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 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形貌變化的原因是由于水土之間發生了氧化還原反應，導致土中的游離氧化鐵被去除，這種變化在淋濾28 d時最明顯，28 d后變化程度減弱。

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

（3）DCB溶液淋濾后土樣游離氧化鐵相對含量降低，土中團聚體數量減少，大團粒被分散為細小顆粒，使得土體結構性變差，宏觀表現為抗剪強度降低，微觀表現為土中FeO含量下降和黏土礦物衍射峰增強。

（4）現場工況中裂隙面出現與周圍土顏色不同的灰綠色填充物的原因可以大致歸結為：土體與地下水之間發生長期的氧化還原反應，從而導致土中三價鐵氧化物被還原遷移，與本文室內試驗不同的是現場工況中地下水是一種多離子液體，在發生氧化還原反應的同時還伴隨著水土之間的離子交換作用。

參考文獻：

［1］ 譚羅榮，孔令偉.特殊巖土工程土質學［M］.北京：科學出版社，2006.

［2］ 王者超，王心語，韋昌富，等.水化學條件對高嶺土壓縮性的影響機理［J］.山東大學學報（工學版），2018，48（5）：109-117.

［3］ 湯文，姚志賓，李邵軍，等.水化學作用對滑坡滑帶土的物理力學特性影響試驗研究［J］.巖土力學，2016，37（10）：2885-2892.

［4］ 閻瑞敏，滕偉福，閆蕊鑫.水土相互作用下滑帶土力學效應與微觀結構研究［J］.人民長江，2013，44（22）：82-85.

［5］ 常錦，楊和平，肖杰，等.酸性環境對百色膨脹土脹縮性能的影響及其微觀解釋［J］.交通運輸工程學報，2019，19（1）：24-32.

［6］ 趙宇，崔鵬，胡良博.粘土抗剪強度演化與酸雨引發滑坡的關系：以三峽庫區滑坡為例［J］.巖石力學與工程學報，2009，28（3）：576-582.

［7］ 劉媛，梁和成，唐朝暉，等.滑坡水土作用體系中Ca²⁺的地球化學行為的反向模擬［J］.水文地質工程地質，2012，39（2）：106-110.

［8］ HU W，CHENG W C，WEN S，et al.Effects of chemical contamination on microscale structural characteristics of intact loess and resultant macroscale mechanical properties［J］.Catena，2021，203：105361.

［9］ LIU J D，GAO Y B.Effects of acid and base contamination on geotechnical properties of Shanghai remolded silty clay［C］∥Proceedings of GeoShanghai 2018 International Conference：Fundamentals of Soil Behaviours.Springer Singapore，2018：611-619.

［10］王斯海，趙貴濤，袁昌成，等.酸堿環境下膨脹土脹縮變形規律研究［J］.人民長江，2022，53（10）：175-182.

［11］程展林，龔壁衛.膨脹土邊坡［M］.北京：科學出版社，2015.

［12］FOOKES P G.Orientation of fissures in stiff overconsolidated clay of the Siwalik system［J］.Geotechnique，1965，15（2）：195-206.

［13］劉特洪.工程建設中的膨脹土問題［M］.北京：中國建筑工業出版社，1997.

［14］胡波，龔壁衛，程展林.南陽膨脹土裂隙面強度試驗研究［J］.巖土力學，2012，33（10）：2942-2946.

［15］孔德坊.裂隙性粘土［M］.北京：地質出版社，1994

［16］中華人民共和國水利部.土工試驗方法標準：GB/T 50123—2019［S］.北京：中國計劃出版社，2019.

［17］周訓華，廖義玲.紅粘土顆粒之間結構連結的膠體化學特征［J］.貴州工業大學學報（自然科學版），2004（1）：26-29.

［18］譚羅榮，孔令偉.某類紅粘土的基本特性與微觀結構模型［J］.巖土工程學報，2001（4）：458-462.

［19］羅鴻禧.游離氧化鐵對紅色粘土工程性質的影響［J］.巖土力學，1987（2）：29-36.

［20］李榮彪，洪漢烈，殷科，等.過氧化氫和連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉處理對紅土中粘土礦物的影響［J］.光譜學與光譜分析，2013，33（4）：1122-1125.

［21］徐則民，黃潤秋，唐正光，等.粘土礦物與斜坡失穩［J］.巖石力學與工程學報，2005（5）：729-740.

［22］WEAVER C E，POLLARD L D.The chemistry of clay minerals［M］.Amsterdam：Elsevier，2011.

（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