摘要：

為研究不同壓實(shí)度變化下膨脹土入滲特征及規(guī)律，通過自制亞克力桶實(shí)驗(yàn)裝置，以不同干密度膨脹土為研究對象，開展一維豎向膨脹土柱滲流試驗(yàn)，分析其對膨脹土水分運(yùn)移規(guī)律的影響。結(jié)果表明：① 入滲速率、濕潤鋒前進(jìn)速率與膨脹土壓實(shí)度呈負(fù)相關(guān)，即在相同入滲時(shí)間內(nèi)，隨著壓實(shí)度的增大，累積入滲量減少，濕潤鋒向前推進(jìn)的距離減??；② 各測點(diǎn)含水率的變化規(guī)律相似，均有平穩(wěn)、迅速增長、達(dá)到高峰、保持平穩(wěn)4個(gè)時(shí)期；③ 隨著水分入滲土柱產(chǎn)生膨脹，土柱頂部膨脹量大，底部膨脹量小，膨脹現(xiàn)象與濕潤鋒前進(jìn)響應(yīng)一致，但膨脹現(xiàn)象存在滯后，且與壓實(shí)度呈正相關(guān)。研究成果對于理解膨脹土的入滲特性和規(guī)律具有重要意義。

關(guān)鍵詞：

膨脹土； 垂直入滲； 干密度； 濕潤鋒； 模型試驗(yàn)

中圖法分類號：TU443

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.01.017

文章編號：1006-0081（2025）01-0096-08

0 引 言

膨脹土礦物組成以蒙脫石、伊利石等為主，具有顯著的脹縮性、裂隙性、超固結(jié)性等典型性質(zhì)，可能對基礎(chǔ)設(shè)施等造成危害。膨脹土災(zāi)害主要是由其失水收縮與吸水膨脹導(dǎo)致［1］。在自然狀態(tài)下，膨脹土通常具有較高的強(qiáng)度，一般不會產(chǎn)生破壞作用，但對周邊的水分、溫度等環(huán)境因素十分敏感。大量工程案例表明，膨脹土失穩(wěn)破壞多發(fā)生在雨季，降雨滲透不僅會增加土體的重度并減弱其抗剪強(qiáng)度，還會引發(fā)土體的額外膨脹變形和膨脹壓力，導(dǎo)致下滑力增加，進(jìn)而引發(fā)膨脹土體漸進(jìn)性淺層不穩(wěn)定破壞［2-3］。因此，研究膨脹土入滲特性和穩(wěn)定性，對工程和土力學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。不同壓實(shí)度對膨脹土的滲透特性影響是一個(gè)關(guān)鍵問題。許英姿等［4］通過使用壓力板儀試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)，探究了不同壓實(shí)度對膨脹土滲透性的影響。胡瑾等［5］進(jìn)行了不同荷載和干濕循環(huán)作用下的試驗(yàn)，以確定膨脹土在不同荷載和干濕循環(huán)條件下的脹縮變形規(guī)律，以及膨脹土水滲透系數(shù)和氣滲透系數(shù)的變化規(guī)律。Toll，Gatmiri，Habibagah等［6-8］的研究表明，膨脹土土體的含水率差異對膨脹土的膨脹收縮變形量有顯著的影響。吳飛亞等［9］通過室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析等手段，分別對重塑土與原狀土滲透性能、膨脹實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行研究，并分析總結(jié)膨脹土滲透及膨脹特性規(guī)律。賀雷等［10］通過進(jìn)行土水特征曲線試驗(yàn)和飽和滲透試驗(yàn)，得到不同干密度下的非飽和膨脹土滲透系數(shù)與基質(zhì)吸力、體積含水量之間的變化規(guī)律。袁俊平等［11］通過膨脹土單向浸水膨脹試驗(yàn)，研究了單向浸水條件下膨脹土的膨脹時(shí)程特性。葉云雪等［12］以南陽中膨脹土為研究對象，通過室內(nèi)一維膨脹特性試驗(yàn)和土水特性試驗(yàn)探究不同初始狀態(tài)（包括吸力、含水率和干密度等）影響下非飽和重塑土膨脹率或膨脹力的演化規(guī)律。

盡管大量文獻(xiàn)對膨脹土的滲透特性進(jìn)行了深入研究，但是大多集中在特定條件下的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，對于膨脹土在實(shí)際工程中的表現(xiàn)還需進(jìn)一步驗(yàn)證；此外，對于膨脹土的滲透性影響因素的綜合考慮仍然有待加強(qiáng)，例如土體的微觀結(jié)構(gòu)對滲透性的影響等。此外，在不同環(huán)境條件下膨脹土的滲透特性變化規(guī)律也需要深入探討。

干密度是影響土壤中水分滲透的重要因素，需要深入分析其對膨脹土水分運(yùn)移規(guī)律的影響。本文通過開展一維膨脹土柱滲流試驗(yàn)，研究膨脹土的入滲和變形及特征。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)土樣

試驗(yàn)所用土樣的物理指標(biāo)見表1。土樣取自河南南陽東部社旗縣泥河趙村，膨脹土地理位置及造成的危害如圖1所示。試驗(yàn)用土為重塑土，液限、塑限分別為54.2%，24.9%。由自由膨脹率可知試驗(yàn)土樣為弱膨脹性膨脹土。在制備樣前將土樣暴曬使其干燥，碾碎后過2 mm的篩，然后配置10%含水率的土樣，放入亞克力箱子中靜置24 h，保證土樣中水分均勻分布。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次一維土柱模型試驗(yàn)是由自制的圓柱體亞克力桶、水分傳感器與采集器、帶自動記錄數(shù)據(jù)的稱重機(jī)和供水系統(tǒng)組成（圖2）。亞克力桶為上部開口，下部裝有出水口，柱身內(nèi)徑360 mm，高800 mm，壁厚10 mm，桶底部放置透水板內(nèi)徑370 mm，厚5 mm。在距離桶底10，20，30，40 cm的位置分別設(shè)置4個(gè)大小一致的鉆孔用于埋設(shè)水分傳感器。從土體表面開始向下每5 cm在桶壁設(shè)置藍(lán)色位移標(biāo)志物。桶頂部放置進(jìn)水管，在桶上部開孔排水，旁邊放儲水桶，內(nèi)部通過潛水泵形成水循環(huán)系統(tǒng)，保持定水頭。將電子稱重機(jī)放置于水桶之下，記錄水桶的質(zhì)量變化，計(jì)算入滲量。通過水分傳感器、沉降標(biāo)志物，對試驗(yàn)過程中的含水率、水入滲量和豎向位移進(jìn)行監(jiān)測。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用壓實(shí)度為90%、直徑360 mm、高600 mm的圓柱形土樣。裝填土柱模型時(shí)，在亞克力桶的底部透水板上鋪設(shè)一層透水濾紙，以防止上部土顆粒進(jìn)入透水板，影響土柱的透氣性與透水性。土樣裝填以及標(biāo)志物、傳感器安置具體步驟如下。

（1） 設(shè)定壓實(shí)膨脹土的初始含水率為15.6%，分別控制土樣的干密度（ρd）為 1.52 g/cm3與1.62 g/cm3，保證膨脹土土體均勻，透氣性一致。分6層，每一層分別需要15.46 kg（1.52 g/cm3）與16.48 kg（1.62 g/cm3）的土，倒入亞克力桶里，并用夯土器夯實(shí)。對裝填好的膨脹土表面進(jìn)行刮毛處理，繼續(xù)倒入下一層膨脹土裝填，重復(fù)上述步驟直至土柱完成。

（2） 在亞克力桶壁上，每隔5 cm豎直設(shè)置一個(gè)藍(lán)色標(biāo)志物，共計(jì)10個(gè)，同時(shí)在標(biāo)志物旁邊放置卷尺，以便測量和觀察。土柱裝填完成后，在土柱的上部鋪設(shè)透水濾紙，以防止水在不斷的循環(huán)中對土柱表面造成沖刷，從而影響試驗(yàn)。

（3） 土柱制作完成后，其中在距離柱底5，20，35，50 cm位置分別插入水分傳感器并記相應(yīng)含水率為W1，W2，W3，W4，調(diào)試水分傳感器至讀數(shù)穩(wěn)定。

（4） 開啟水循環(huán)系統(tǒng)，土柱上部蓄水至10 cm固定水頭，控制水頭穩(wěn)定，進(jìn)行定水頭的膨脹土滲水試驗(yàn)。土柱試驗(yàn)入滲開始時(shí)，通過電子稱重機(jī)每5 min測量記錄土柱的質(zhì)量變化，得到每個(gè)時(shí)間段的入滲量。

（5） 在試驗(yàn)過程中觀察到濕潤鋒的不斷向下運(yùn)動，分析入滲深度、累計(jì)入滲量，記錄觀察膨脹土土柱水分在不同時(shí)刻的變化以及不同位置標(biāo)志物的位移情況。持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至土柱底部的排水管流出穩(wěn)定的水流，然后停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 入滲變化

2.1.1 水量累計(jì)入滲量和入滲率的變化

通過試驗(yàn)分別繪制不同干密度膨脹土水量累計(jì)入滲量及入滲率隨時(shí)間的變化曲線。① 在試驗(yàn)開始時(shí)記錄兩個(gè)對照試驗(yàn)下的水量累計(jì)入滲量隨時(shí)間變化的曲線（圖3），由曲線可知干密度越小的水量累計(jì)入滲量更大并且入滲時(shí)間更短。② 水量入滲速率隨時(shí)間的變化曲線如圖4所示，干密度?。▓D4（a））的入滲速率大于干密度大（圖4（b））的組，且入滲結(jié)束時(shí)間也越短。

2.1.2 體積含水率隨入滲時(shí)間變化

不同干密度下水分滲透至監(jiān)測點(diǎn)所需時(shí)間見表2，對比在不同密度下到達(dá)4個(gè)水分傳感器的時(shí)間，可以看出，1.52 g/cm3與1.62 g/cm3土樣到達(dá)相同位置所需的時(shí)間存在明顯差異，而且隨著入滲深入，到達(dá)相同距離水分傳感器所需的時(shí)間差異變得更加顯著。

不同深度體積含水率隨入滲時(shí)間的變化曲線見圖5，1.52 g/cm3與1.62 g/cm3土樣的體積含水率隨入滲時(shí)間的變化曲線趨勢相似。當(dāng)水分到達(dá)傳感器，含水率急劇增加，隨后經(jīng)過一段時(shí)間，增長趨勢減緩，直至水分完全透過傳感器，含水率數(shù)值保持穩(wěn)定。由于干密度差異，兩個(gè)不同干密度下的含水率隨入滲時(shí)間變化曲線在時(shí)間軸上存在較大差距，干密度大的情況下所需時(shí)間更長。

2.2 入滲濕潤鋒前進(jìn)變化

根據(jù)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，制作不同干密度下濕潤鋒前進(jìn)距離與速率隨時(shí)間的變化曲線（圖6）。不同干密度土樣的濕潤鋒前進(jìn)距離-時(shí)間曲線與濕潤鋒前進(jìn)速率-時(shí)間曲線趨勢一致，濕潤鋒前進(jìn)距離隨入滲時(shí)間的變化呈非線性增長，濕潤鋒的入滲速率都是由短時(shí)間內(nèi)的快速入滲到速率逐漸下降至平穩(wěn)階段。隨著密度增加，濕潤鋒前進(jìn)時(shí)間延長，濕潤鋒前進(jìn)速率下降。不同干密度下的變化曲線在時(shí)間上有較大的差距，干密度大的土樣，其濕潤鋒到達(dá)相同距離水分傳感器所消耗時(shí)間更長。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制作了濕潤鋒每前進(jìn)10 cm所需要的時(shí)間橋圖（圖7），其分別由增加的部分與總耗時(shí)組成。由濕潤鋒的前進(jìn)變化可知滲流發(fā)展情況，密度越大的土柱，滲流到相同的位置所消耗的時(shí)間越長，總體滲流時(shí)間也越長。其中，增量代表了濕潤鋒面每向膨脹土土柱下前進(jìn)10 cm的距離所用的時(shí)間，即滲流時(shí)間差。增量越小，每前進(jìn)10 cm的時(shí)間消耗越短；增量越大，每前進(jìn)10 cm的時(shí)間消耗越長，總計(jì)代表了濕潤鋒到達(dá)亞克力桶底部深度所消耗的總時(shí)間。

2.3 土柱膨脹變化

通過在試驗(yàn)前依次設(shè)置藍(lán)色標(biāo)志物進(jìn)行土柱膨脹分析。繪制時(shí)間與膨脹關(guān)系曲線（圖8），分析總結(jié)土柱不同位置的膨脹情況，其中8～10標(biāo)志物未發(fā)生明顯移動所以未繪制。

兩個(gè)對照試驗(yàn)下的標(biāo)志物中，上部標(biāo)志物都先膨脹，隨著水分入滲到下部；1.52 g/cm3試驗(yàn)組標(biāo)志物發(fā)生了沉降，而1.62 g/cm3試驗(yàn)組未沉降，充分浸潤后發(fā)生了一定的膨脹，最后趨于穩(wěn)定。

3 討 論

3.1 壓實(shí)膨脹土入滲特征分析

3.1.1 水量累計(jì)入滲量與入滲率變化分析

水量累計(jì)入滲量變化與入滲率是反映膨脹土入滲

特性的重要指標(biāo)，土體的壓實(shí)度變化往往會導(dǎo)致土體內(nèi)部孔隙壓縮，而水分入滲能力主要是由土體孔隙的大小以及水孔隙間的流通性決定的，這同時(shí)也是確定膨脹土入滲特性的重要依據(jù)［13］。

水量累計(jì)入滲量的曲線隨時(shí)間的變化呈非線性增長。為了進(jìn)一步探究干密度對水分入滲率的影響，對圖3數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表3所示。兩組不同干密度的擬合結(jié)果表明，水量累計(jì)入滲量（Q）隨入滲時(shí)間（t）的變化關(guān)系式均呈冪函數(shù)形式。

由圖3可得，不同干密度壓實(shí)膨脹土累積入滲水量隨時(shí)間的延長逐漸增加，且趨勢相同。累積入滲水量在試驗(yàn)前期為快速增加階段，中期為水量增量逐漸減小階段，后期為勻速變化增長趨于穩(wěn)定階段。對照圖4可得，在試驗(yàn)開始時(shí)，積水入滲前期，由于膨脹土土柱表層土體比較干燥，且重新裝填土體顆粒之間孔隙較大，加水速率大，但是沒有一開始即達(dá)到設(shè)定的10 cm固定水頭高度。在入滲初期，土體含水率低，基質(zhì)吸力較大，水分快速入滲填充土體孔隙，水量全部入滲至土柱中，前期的快速入滲階段不受積水過程的影響，這個(gè)階段的入滲速率理論上等于積水速率，為積水控制階段。當(dāng)積水高度到達(dá)設(shè)定的10 cm固定水頭高度時(shí)，由于膨脹土表層土體飽和，表層孔隙被水填滿，水量入滲速率快速減小。這一現(xiàn)象說明，水在往膨脹土土柱下方入滲的過程中，土體入滲能力減小，逐漸進(jìn)入了土體入滲能力控制階段，這一階段的膨脹土實(shí)際入滲率達(dá)到了土體的入滲性能，也被稱為非飽和入滲階段。隨著入滲深度的繼續(xù)加深，水量入滲速率不斷減小。當(dāng)膨脹土土柱入滲速率到達(dá)飽和階段后，入滲速率趨于穩(wěn)定，這一階段稱為飽和入滲階段［14］。

由圖4可得，由于膨脹土土柱不同干密度的影響，水量入滲速率隨時(shí)間的變化曲線存在差異［15］。對比發(fā)現(xiàn)，不同干密度下膨脹土土柱水量入滲速率隨時(shí)間變化的趨勢與水量累計(jì)入滲量相對應(yīng)，干密度對于水量入滲速率有明顯的影響，1.52 g/cm3與1.62 g/cm3的膨脹土土柱歷時(shí)分別為3 d與7 d。造成這一現(xiàn)象的原因在于不同干密度的膨脹土土柱的變化使膨脹土的內(nèi)部孔隙之間的連通性發(fā)生變化，干密度越大，相同單位的土體之間孔隙所占體積比例越小，孔隙之間的連通性越差，內(nèi)部更加不容易排出氣體，土體遇水容易產(chǎn)生封閉氣泡，隨著時(shí)間的推移，膨脹土土體內(nèi)部產(chǎn)生越多封閉氣泡（圖9）。由于封閉氣泡的存在，對水的阻礙性較大，封閉氣泡在土體中的存在時(shí)間長短與土體的干密度有關(guān)，干密度越大，在土體的存在時(shí)間越長，對水的入滲影響越大［16］。干密度相同時(shí)，黏性土與砂性土相比，其中的封閉氣泡對水分入滲的阻礙作用更加明顯，1.62 g/cm3的膨脹土土柱的滲透性比1.52 g/cm3膨脹土土柱滲透性差，因此圖3～4中入滲率與干密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。

3.1.2 豎向水分入滲分析

通過觀察不同位置的體積含水率變化，分析膨脹土土柱的浸水入滲過程。在試驗(yàn)中，由于水分是從上往下入滲的，因此水分傳感器的響應(yīng)也是依次發(fā)生的，與濕潤鋒的到達(dá)情況一致。如圖5所示，不同干密度下體積含水率的變化趨勢基本相同，經(jīng)歷平穩(wěn)、迅速增長、達(dá)到高峰、保持平穩(wěn)4個(gè)階段。平穩(wěn)階段是因?yàn)樗稚形礉B透到水分計(jì)位置，數(shù)值保持不變；快速增長階段，水分到達(dá)水分計(jì)位置，體積含水率迅速增大，達(dá)到峰值［17］；保持平穩(wěn)階段，土體體積含水率達(dá)到飽和狀態(tài)，不再增加，直至膨脹土底部出水口流水，試驗(yàn)結(jié)束。豎向水分入滲規(guī)律結(jié)果表明，干密度越大，水分入滲越緩慢，到達(dá)土柱深部所需時(shí)間也越長。

由表2可得，膨脹土的干密度越大，水分滲透到同一位置所需的時(shí)間越長。體積含水率與時(shí)間的關(guān)系（圖5）表現(xiàn)為干密度與入滲時(shí)間存在正相關(guān)性，干密度的增大導(dǎo)致膨脹土的滲透性降低，水分的入滲能力減小，在相同定水頭條件下同一時(shí)間的水分入滲率以及濕潤鋒的前進(jìn)速率明顯減小。

綜上所述，膨脹土的干密度對入滲過程有顯著影響。隨著干密度的增加，水分的入滲速度減緩，特別是隨著深度的增加，水分的入滲率進(jìn)一步降低。

3.2 膨脹土柱濕潤鋒前進(jìn)特征分析

為進(jìn)一步探究濕潤鋒前進(jìn)距離與時(shí)間關(guān)系，對獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如表4所示，兩組不同干密度的擬合結(jié)果表明濕潤鋒前進(jìn)距離（Z）隨時(shí)間的變化均呈冪函數(shù)形式。

根據(jù)圖6以及試驗(yàn)的現(xiàn)象分析，在試驗(yàn)過程中，隨著時(shí)間的增加、濕潤鋒的運(yùn)移，濕潤鋒向下前進(jìn)深度曲線與水量累計(jì)入滲量曲線趨勢相似，均是前期快速入滲，后隨著入滲水量的增加以及入滲深度的變化，增量逐漸減小并趨于穩(wěn)定。濕潤鋒的前進(jìn)速率通過單位時(shí)間內(nèi)的濕潤鋒前進(jìn)距離表示出來，不同干密度（1.52，1.62 g/cm3）土柱的濕潤鋒前進(jìn)距離曲線和濕潤鋒前進(jìn)速率的曲線趨勢都相似。

由圖7可得，膨脹土土柱干密度的變化，對于相同距離膨脹土土柱的濕潤鋒前進(jìn)時(shí)間影響明顯，干密度為1.62 g/cm3的膨脹土土柱到試驗(yàn)結(jié)束所消耗的時(shí)間遠(yuǎn)大于干密度1.52 g/cm3膨脹土的時(shí)間。濕潤鋒前進(jìn)速率也受到相同影響，這是因?yàn)檩^大的干密度導(dǎo)致膨脹土土柱中的孔隙含量減少，水分主要通過土體孔隙間的運(yùn)動向下移動。由于后期的自重增加，土體會發(fā)生一定程度的濕陷沉降，再次減少孔隙率，增加土體密實(shí)度，從而阻礙了水分向下滲透，延長了入滲時(shí)間。具體表現(xiàn)為在同一時(shí)間點(diǎn)，濕潤鋒的移動距離減小，濕潤鋒的前進(jìn)速度減緩。

綜上所述，不同干密度的膨脹土對濕潤鋒的前進(jìn)時(shí)間曲線和前進(jìn)速率的趨勢是一致的。但隨著干密度的增加，濕潤鋒前進(jìn)相同距離所需的時(shí)間也隨之增加，特別是隨著濕潤鋒前進(jìn)深度的增加，前進(jìn)相同距離所需的時(shí)間差距會進(jìn)一步增大。

3.3 膨脹土柱豎向形變特征分析

通過圖8的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)在相同的干密度下，標(biāo)志物的膨脹量呈明顯變化趨勢。在試驗(yàn)開始時(shí)，每個(gè)標(biāo)志物的膨脹保持不變，隨著水分的入滲，1號標(biāo)志物首先開始膨脹，然后是其他編號的標(biāo)志物。

1.52 cm3干密度的膨脹土1號標(biāo)志物遇水先發(fā)生膨脹，膨脹量最大為0.9 cm，然后因下部土體發(fā)生沉降，牽引上部土體向下位移。2～6號標(biāo)志物未遇水先發(fā)生膨脹，每隔一段時(shí)間觀察記錄，標(biāo)志物濕潤鋒未到達(dá)，先發(fā)生膨脹，分析認(rèn)為濕潤鋒雖然沒有到達(dá)標(biāo)志物，但是由于非飽和土粒間存在吸力［18］，一部分水分向下入滲，導(dǎo)致土體發(fā)生部分膨脹，水分由上至下依次滲透到標(biāo)志物后，再次引起膨脹，并產(chǎn)生向上位移，隨后由于上部土體的自重和水分重量，產(chǎn)生沉降。7號標(biāo)志物由于上部土體的自重和水分重量，未發(fā)生膨脹，而只發(fā)生沉降作用。分析8～10號標(biāo)志物所在的土層，認(rèn)為由于上部每次分層夯土都進(jìn)一步對下部的土體產(chǎn)生影響，使土體更加密實(shí)，水和土體自重的作用導(dǎo)致標(biāo)志物發(fā)生位移不明顯［19］。

干密度為1.62 g/cm3的1號標(biāo)志物，膨脹量最大為1.6 cm，1～3號標(biāo)志物依次發(fā)生膨脹，這是由于水分滲透到上部土體引起的膨脹效應(yīng)，而這個(gè)膨脹效應(yīng)會引發(fā)下部土體向上位移。由于干密度較大，膨脹量大于沉降量，因此在水分和土體自重的共同作用下，未發(fā)生沉降。4～6號標(biāo)志物由于上部水分不斷滲透和土體自重的作用，首先發(fā)生了一定程度的沉降，據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察分析，每隔一段時(shí)間觀察記錄，標(biāo)志物濕潤鋒未到達(dá)，先發(fā)生膨脹，分析認(rèn)為濕潤鋒雖然沒有到達(dá)標(biāo)志物，但是由于非飽和土粒間存在吸力［20］，一部分水分向下入滲，導(dǎo)致土體發(fā)生部分膨脹，水分由上至下依次滲透到標(biāo)志物后，再次引起膨脹，直至膨脹穩(wěn)定。在早期，7號標(biāo)志物由于上部水分不斷滲透和土體自重的作用，首先發(fā)生了一定程度的沉降；在試驗(yàn)進(jìn)行到80 h時(shí)，水分滲透到標(biāo)志物后，經(jīng)過一段時(shí)間的浸潤，發(fā)生膨脹，然后趨于穩(wěn)定。對于8～10標(biāo)志物所在的土層，由于上部每次分層夯土都使下部的土體更加密實(shí)，加之水及土體自重的作用，導(dǎo)致標(biāo)志物位移不明顯。

綜上所述，在開始階段，兩個(gè)不同密度下的膨脹土都經(jīng)歷了膨脹。對于1.52 g/cm3的較小密實(shí)度下，土體在一段時(shí)間后，在水分滲透和自重的作用下被壓縮并最終趨于穩(wěn)定；下部土體受到自重和水分的影響，也經(jīng)歷了壓縮。在1.62 g/cm3的密實(shí)度下，上部土體未發(fā)生壓縮，持續(xù)膨脹，而下部土體因自重和水體重量的作用而受到壓縮，但在水分浸潤后又發(fā)生膨脹。相比于1.52 g/cm3，1.62 g/cm3的樣品在相同的體積下需要更多的土體，導(dǎo)致分層裝填時(shí)最底部的土體被進(jìn)一步壓實(shí)。分析認(rèn)為，上部每次分層夯土都進(jìn)一步使下部的土體更加密實(shí)，具有更高的抗壓能力，因此其在受到上部土體自重和水分重量的影響下沉降變形不明顯。密實(shí)度增加會減少土體的膨脹性，也會大幅減小膨脹變形。綜合上述及試驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察分析，標(biāo)志物沒有發(fā)生明顯沉降。

3.4 存在的不足

（1） 在濕潤鋒的初始測量階段，由于水分迅速滲透，需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速且多次測量，人工無法在短時(shí)間內(nèi)記錄多次。

（2） 在標(biāo)志物膨脹階段，盡管模型桶表面已經(jīng)涂抹了凡士林，但在填土和安裝標(biāo)志物的過程中仍然存在一定的摩擦力，導(dǎo)致標(biāo)志物膨脹并產(chǎn)生摩擦力。

4 結(jié) 論

通過自主研發(fā)一維土柱垂直入滲試驗(yàn)裝置，開展一維向下膨脹土柱滲流試驗(yàn)，得到以下結(jié)論。

（1） 不同干密度累計(jì)入滲量隨密度增大而減小，水量累計(jì)入滲量隨時(shí)間的變化均呈冪函數(shù)形式。

（2） 在浸水條件下，膨脹土土柱的入滲特征依次經(jīng)歷平穩(wěn)、迅速增長、達(dá)到高峰、保持平穩(wěn)4個(gè)階段。干密度越大，這4個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間越長。

（3） 壓實(shí)膨脹土土柱干密度對濕潤鋒入滲特征的影響明顯，當(dāng)干密度減小時(shí)，相同時(shí)間的段入滲率增大，濕潤鋒前進(jìn)的距離增大；當(dāng)干密度增大時(shí)，相同時(shí)間的段入滲率減小，濕潤鋒前進(jìn)的距離減小，累計(jì)入滲量隨時(shí)間的變化均呈冪函數(shù)形式。

（4） 不同干密度條件下的膨脹標(biāo)志物位移表現(xiàn)出顯著變化，干密度越大，最終膨脹量越大，達(dá)到最大值所需的時(shí)間也越長。此外，水分和土體自重對膨脹土土柱的影響較大。隨著深度增加，膨脹土土柱受水和自重的影響增大，膨脹量略有減少。

（5） 在室內(nèi)進(jìn)行重塑膨脹土試驗(yàn)可能存在人工記錄和測量誤差。下一步可以采用現(xiàn)場原位試驗(yàn)的方式，在不破壞土體結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行研究，并通過對比分析來進(jìn)一步完善膨脹土的入滲研究。

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（編輯：高小雲(yún)）

Experimental study on infiltration characteristics of compacted expansive soil

WEN Jingyu，AN Mengqi，QIN Tian

（College of Geosciences and Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450046，China）

Abstract：

In order to study the infiltration characteristics and laws of expansive soil under different compaction degrees，the seepage test of one-dimensional vertical expansive soil column was carried out with different dry density expansive soil as the research object in a self-made acrylic barrel experimental device，and the influence of different compaction degrees on water transport in expansive soil was analyzed.The results show that： ① The infiltration rate，advancing rate of the wetting front，and the compaction degree of expansive soil were negatively correlated.Within the same infiltration time，as the compaction degree increased，the cumulative infiltration amount would decrease and the distance of the wetting front advancing would decrease.② The variation pattern of moisture content at each measuring point was similar，with four periods of steady，rapid growth，reaching peak，and maintaining stability.③ As water infiltrated into the soil column，it expanded with a larger expansion at the top and a smaller expansion at the bottom.The expansion phenomenon was consistent with the response of the wetting front，but there was a lag in the expansion phenomenon，which was positively correlated with the compaction degree.The research results can provide a reference for understanding the infiltration characteristics and laws of expansive soils.

Key words：

expansive soil； vertical infiltration； dry density； wetting front； model experiment