焦少通 王家鼎 張登飛 戚利榮 李帥 李琳 李珊

收稿日期：2023-11-08

基金項目：國家自然科學基金重大科研儀器研制項目（42027806）；國家自然科學基金重點項目（41630639）；西北大學研究生創(chuàng)新項目（CX2023012）。

第一作者：焦少通，男，從事工程地質研究，2396025166@qq.com。

通信作者：王家鼎，男，教授，博士生導師，從事水文地質與工程地質研究，wangjiading029@163.com。

【主持人語】土結構疏松具有濕陷性、振陷性、崩解性，加之黃土高原特殊的地貌、氣候等因素，黃土地區(qū)滑坡、崩塌、泥石流等重大災害分布廣、類型多、突發(fā)性強、群發(fā)周期顯著，危害極重，嚴重限制了黃土高原區(qū)生態(tài)環(huán)境保護和高質量發(fā)展，威脅著區(qū)域人居安全和社會穩(wěn)定，威脅著鐵路、公路、機場、礦山、輸油、輸氣、輸水等長輸生命線工程以及水利設施等工程的安全運營，并嚴重影響國民經(jīng)濟的發(fā)展。如何將各類工程及人民生命財產(chǎn)置于安全屏障內，抵御上下左右的災害侵襲，是當前地質工程領域亟待解決的重大科學難題。在此背景下，極端氣候-人類活動耦合作用下地質災害誘發(fā)機制與防災減災成為研究的重點與熱點，但仍存在諸多難點亟待突破?！段鞅贝髮W學報（自然科學版）》特開設“工程地質災害”專欄，從土的特性、土體災變機理到防災減災方面展開了深入研究，涉及特殊性黃土在水-溫-振（震）環(huán)境下的非飽和特性、動力學特征、崩解特性等，揭示降雨、浸水、地震等作用下滑坡的啟動機理與運動規(guī)律、深部場地濕陷特性與樁基承載特性、地面塌陷模式、地表開裂規(guī)律，提出微型樁、改良土體、生態(tài)防護地質災害防治的科學方案。這些研究面向國家戰(zhàn)略，服務國家基礎建設防災減災的重大需求，對于科學認知工程地質災害復雜性和防災的迫切性，以及推進工程地質災害防治的精準化，起到一定的引導與參考作用。

【主持人】王家鼎，西北大學二級教授、博士生導師，國務院政府特殊津貼專家，陜西省杰出人才，三秦學者。

摘要? 黃土體長期處于降雨和蒸發(fā)的濕熱耦合環(huán)境，極易誘發(fā)土體裂隙產(chǎn)生，顯著弱化土體的結構性和完整性，從而影響工程區(qū)域的建設。因此，對干濕循環(huán)作用下不同厚度的黃土開裂特性研究十分必要。該文通過室內干濕循環(huán)試驗，記錄試樣的含水率變化和裂隙發(fā)育情況，利用數(shù)字圖像處理技術，結合分形維數(shù)對裂隙網(wǎng)絡進行分析。試驗結果表明，蒸發(fā)路徑和含水量的不同導致土體水分蒸發(fā)速度不同，土體越厚，水分蒸發(fā)速度越慢。界面摩擦力影響土體開裂過程，土體越厚，裂隙發(fā)育越慢，裂紋網(wǎng)絡復雜性越低。隨著干化的進行，界面摩擦力逐漸降低，土體收縮明顯，干濕循環(huán)效應導致土體顆粒重新組合，加快水分蒸發(fā)過程，土體表面會不斷劣化。研究結果可為地質災害防治提供指導。

關鍵詞? 干濕循環(huán);土體厚度;裂隙特征;分形維數(shù);摩擦力

中圖分類號： P642? DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-001

Study on the effect of thickness of loess on its crack developmentunder the action of dry-wet cycles

JIAO Shaotong， WANG Jiading， ZHANG Dengfei， QI Lirong，LI Shuai， LI Lin， LI Shan

（State Key Laboratory of Continental Dynamics，? Department of Geology， Northwest University， Xian 710069， China）

Abstract? The loess with different thickness is in the humid-thermal coupling environment of rainfall-evaporation for a long period of time， which is very prone to induce the generation of cracks in the loess， significantly weakening the structural and integrity of the loess， thus affecting the construction of the project area. Therefore， it is necessary to study the effect of soil thickness on the cracking characteristics of loess under the action of wet dry cycles. In this paper， a series of indoor wet dry cycle tests were carried out to record the water content change and crack development of the specimens in real time， and the crack network was analyzed by using digital image processing technology combined with fractal dimension. The test results show that： the different evaporation paths and water contents lead to inconsistent water evaporation rate of the soil， and the greater the thickness of the loess， the slower its water evaporation rate; interfacial friction affects the cracking process of the soil， and the thicker the soil， the slower the development of cracks， and the lower the complexity of the crack network. As drying proceeds， the interfacial friction gradually decreases and the soil shrinks significantly. The dry-wet cycle effect will lead to the reassembly of soil particles， accelerate the water evaporation process， and the soil surface will deteriorate continuously. The results of the study can provide some guidance for the prevention and control of geologic hazards in the Loess Plateau region.

Keywords? dry-wet cycles; soil thickness; fracture characteristics; fractal dimension; friction

極端干旱和暴雨事件的頻發(fā)，導致生態(tài)環(huán)境較為脆弱的黃土高原地區(qū)長期處于降雨和蒸發(fā)的濕熱耦合環(huán)境中，黃土體極易發(fā)育裂隙和產(chǎn)生形變。裂隙的存在會不斷劣化弱化土體的強度及其穩(wěn)定性，形成優(yōu)勢滲流通道，由此誘發(fā)黃土地區(qū)一系列的地質災害［1-4］。

土體的裂隙發(fā)育過程十分復雜，土體開裂受黏粒含量、環(huán)境溫度、試樣初始條件和試驗方法等相關因素的影響［5-7］。黃土中存在強親水性黏土礦物，為黃土體發(fā)育脹縮裂隙提供了必要條件［8］。葉萬軍等通過CT掃描技術獲得了干濕循環(huán)作用下土樣細觀結構變化圖［9］，干濕循環(huán)幅度越大，土樣內部節(jié)理裂隙發(fā)展越快；蘇立君等從黃土的黏粒成分及結構性特征角度研究了其干縮裂隙的發(fā)育規(guī)律［10］；郭鴻等研究了不同環(huán)境溫度和土體厚度條件下黃土干縮裂隙的發(fā)育規(guī)律［11］；抗興培等在現(xiàn)場勘察觀測的基礎上，提出由干燥蒸發(fā)引起的土體龜裂是黃土坡頂裂縫發(fā)展的起始階段［12］。環(huán)境因素的變化對于不同厚度土體的裂隙演化規(guī)律有著重要的影響［13-15］，然而，現(xiàn)有文獻對干濕循環(huán)作用下，不同厚度的黃土裂隙發(fā)育過程的規(guī)律鮮有研究。

鑒于此，本文將主要研究在干濕循環(huán)過程中，厚度效應對黃土裂隙發(fā)育的影響，對土體裂隙的動態(tài)發(fā)展過程進行監(jiān)測，記錄含水率的變化，采用數(shù)字圖像處理技術對裂隙進行提取，結合分形維數(shù)對裂隙發(fā)展的規(guī)律進行分析。以期能夠深入理解黃土體開裂的機制，對黃土高原地區(qū)的地質災害防治形成一定的指導意義。

1? 試驗材料及方法

1.1? 土樣

試驗土樣取自陜西省延安市某一典型黃土斜坡處，對原裝樣進行室內土工試驗，通過環(huán)刀法測得天然密度和含水率，通過液塑限聯(lián)合測定儀得到液塑限，通過密度瓶法測得土粒密度，基本物理性質如表1所示。

將取回的土樣烘干之后碾碎，并用0.5 mm的篩均勻篩入下方有機玻璃盒中，以此模擬黃土自然沉積的過程，盒子尺寸為20 cm×20 cm×10 cm。分5層進行壓實，為保證水分均勻，當土質量達到每層計算的質量時，用噴水壺噴灑定量的水，待水完全滲入，將表面刮毛，繼續(xù)加土，直至土體厚度到所設定的高度。記錄每次加入水和干土的質量，最終測得土樣平均密度為1.63 g/cm3，平均含水率為24.0％。

1.2? 試驗方案

本次試驗設定3組試樣，土體厚度分別為2 cm、3 cm、4 cm。根據(jù)現(xiàn)有研究［16］，干濕循環(huán)的次數(shù)在4～5次之后，土體的性質趨于穩(wěn)定，因此，設定5次干濕循環(huán)。干化過程中起始含水率為24％，終止含水率為4％，具體流程如圖1所示。

根據(jù)延安當?shù)貙嶋H地表溫度，設定控溫烘箱的溫度為40 ℃。定時記錄土體質量，采用照相機實時記錄土體表面裂隙發(fā)育過程（見圖2）。濕化時，為防止試樣表面遭到較大流水沖蝕，采用噴霧裝置進行加濕直至土樣到達起始含水率。每一次增濕結束后，將試樣在室溫條件下密封養(yǎng)護48 h，保證其內部水分充分平衡。

1.3? 圖像處理及裂隙量化

對裂隙的數(shù)字化處理和定量化評價是研究裂隙發(fā)育的重要手段［17-18］。隨著計算機科學的發(fā)展，對裂隙的發(fā)育模式有著更加精確的描述。為了避免容器邊緣對于試驗結果產(chǎn)生影響，將所獲得的圖像進行裁剪，裁剪后的照片尺寸為18 cm×18 cm。采用PCAS軟件，進行灰度化、去噪等基本處理，得到二值化圖像以及裂隙的相關參數(shù)等（見圖3），采用Matlab編寫的程序進行分形維數(shù)計算。

土體的表面裂障率和平均裂隙寬度是表征裂隙的2個基本參數(shù)，其計算公式為

Cn=AcrackAall（1）

式中：Cn為表面裂隙率，Acrack為裂隙的面積，Aall為土體面積。

=∑ni=1Ai∑ni=1Li（2）

式中：為平均裂隙寬度；Ai為第i條裂隙的面積；Li為第i條裂隙的長度。

1.4? 分形理論的應用

為了描述裂隙的分布形態(tài)，采用盒維數(shù)法對不同尺度的分形維數(shù)進行計算。其基本原理是將土體裂隙網(wǎng)格劃分為邊長為ε的格子，確定出相應的幾何體數(shù)目。然后，對ε和N（ε）分別取對數(shù)，再以ln ε為橫坐標，ln N（ε）為縱坐標進行擬合，求出ln N（ε）對ln ε的斜率，其斜率的負值便是該圖像的分形維數(shù)，

DS=-limε→0ln N（ε）ln ε（3）

式中：DS為分形維數(shù)值；N（ε）為對應矩形邊長ε的格子數(shù)。

2? 試驗結果

2.1? 水分蒸發(fā)過程

對比不同干濕循環(huán)次數(shù)下含水率的變化情況可知（見圖4），隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，到達目標含水率的時間縮短。2 cm厚度的試樣第1次干濕循環(huán)達到目標含水率所需時間為30 h；第3次所需時間為28 h；第5次所需時間為24 h。較厚試樣的蒸發(fā)速度受干濕循環(huán)的次數(shù)影響較小，第1、3、5次干化過程中4 cm試樣達到目標含水率的所需時間為45 h左右。

2.2? 試樣開裂及演化規(guī)律

通過對試樣定期拍照，得到試樣在干化過程中裂隙動態(tài)發(fā)育過程。圖5為不同厚度試樣在第1次干化過程中的裂隙演化過程。2 cm的試樣在開裂初期，即蒸發(fā)到9 h時，“T”形主裂隙出現(xiàn)，裂隙呈細長狀，隨著含水率的降低，主裂隙逐漸發(fā)育穩(wěn)定，次生裂隙產(chǎn)生，多呈“Y”型。隨著蒸發(fā)進入到后期，即32 h后，裂隙開始拓寬，試樣逐漸收縮且被分割為數(shù)量不等的土塊，裂隙基本穩(wěn)定。

圖6為每次干濕循環(huán)結束后試樣表面裂隙圖像。隨著干濕循環(huán)的進行，不同厚度試樣表面都進一步劣化，裂隙數(shù)量增加，裂隙逐漸拓寬，連通性提高，土塊逐漸被分裂，裂隙兩側土體有略微侵蝕現(xiàn)象。

2.3? 裂隙發(fā)育規(guī)律

為了探究干濕循環(huán)的次數(shù)對不同厚度土體裂隙發(fā)育特征的影響，對試樣的表面裂隙率和裂隙平均寬度進行統(tǒng)計。試樣厚度對裂隙的發(fā)育有著明顯的影響，以第1次和第5次干化過程中的裂隙率為例（見圖7），當土體含水率到達12％時，其裂隙率開始緩慢增加。厚度越大，土體裂隙率越低，2 cm試樣的最終裂隙率為0.02％，4 cm試樣為0.008％。隨著干濕循環(huán)的進行，土體的裂隙率到達較穩(wěn)定值的時間變短。

裂隙平均寬度與干濕循環(huán)次數(shù)的關系如圖8所示，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，裂隙平均寬度逐漸下降。在第3次干濕循環(huán)之后，裂隙的寬度達到穩(wěn)定值，表明裂隙基本發(fā)育穩(wěn)定。厚度較大的試樣平均裂隙寬度較大，在第5次干化后，4 cm的試樣平均裂隙寬度為0.9 mm，比2 cm和3 cm試樣分別寬125.6％和114.2％。

2.4? 塊區(qū)分布量化參數(shù)

土體的區(qū)塊面積是反映土體裂隙發(fā)育的重要指標，區(qū)塊面積反映了土體被裂隙分割的程度。圖9（a）為不同厚度的土樣在第1次干濕循環(huán)后土塊面積分布區(qū)間。2 cm試樣在各個區(qū)間分布較為均勻，4 cm試樣多集中在5 000 mm2以上，說明厚度的增加降低了土體被分割的程度。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加（見圖9b），小塊體的數(shù)量增加，4 cm試樣的塊體在5 000 mm2的分布降低。

2.5? 分形維數(shù)的分析

利用分形維數(shù)可以較好地表征裂隙，分形維數(shù)越大，表明土體發(fā)育的裂隙越多，形狀更加復雜。根據(jù)試驗結果，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣裂隙率增加，其分形維數(shù)的值也隨之增加。不同厚度試樣的分形維數(shù)隨著干濕循環(huán)的變化如圖10所示。

根據(jù)現(xiàn)有研究［19］，分形維數(shù)與裂隙率之間存在指數(shù)關系，即分形維數(shù)隨著土體厚度的減小而增大。為了揭示分形維數(shù)與干濕循環(huán)次數(shù)的關系，對分形維數(shù)和干濕循環(huán)次數(shù)進行擬合，

y=abn+c（4）

式中：y為分形維數(shù)；n為干濕循環(huán)次數(shù)；相關參數(shù)a、b、c值見表2。

相關系數(shù)的值均大于0.9，可見分形維數(shù)與干濕循環(huán)次數(shù)存在較好的關系。干濕循環(huán)效應導致試樣的次生裂隙快速生長和擴張，使得試樣裂隙網(wǎng)絡復雜性提高。

3? 分析與討論

3.1? 土體厚度對于水分蒸發(fā)的影響

土體在蒸發(fā)失水過程中， 遵守能量守恒定理。 在干化過程中， 土體厚度對于試樣內部的水分分布有著重要影響。 為了探究不同厚度土體的水分分布， 在第1次干化時長為25 h時， 對額外的平行試樣測定其剖面含水率， 其結果如圖11。 在干化過程中， 土體含水率隨著深度的增加而增加。 2 cm試樣的含水率接近， 但3 cm和4 cm試樣的含水率分布差異較大，4 cm試樣表面與底層的含水率相差2.7％。隨著試樣厚度增加，蒸發(fā)失水時間顯著增長。究其原因，對于不同厚度的土體，其蒸發(fā)面積是一定的，在初始蒸發(fā)環(huán)境條件相同的情況下，單位時間內，土體所吸收的能量基本相同。所以，影響蒸發(fā)速度的主要因素為2方面：①土體內部水分含量不同，厚度越大的土體其水分更多，蒸發(fā)需要的能量更多，導致其蒸發(fā)過程越長;②由于水分補給路徑不同，導致失水時間的差異性，土體越薄，裂隙產(chǎn)生時間越早，增加了水分蒸發(fā)面積，其失水路徑變短，土體越厚，底部水分越難從土體內部逃逸，其蒸發(fā)路徑越長，水分蒸發(fā)與補給的方式，影響著土體裂隙發(fā)育演化過程。

3.2? 土體厚度對于黃土開裂過程的影響

黃土的開裂過程受眾多因素影響，土體的表面張拉應力和抗拉強度是決定土體開裂的關鍵因素［20］。在蒸發(fā)過程中，自由水總是最先逃離土體。隨著水分蒸發(fā)，土體顆粒間將會產(chǎn)生毛細作用，土顆粒之間的液面向兩側凹陷，進而導致孔隙氣壓力與孔隙水壓力出現(xiàn)差值，產(chǎn)生基質吸力，宏觀表現(xiàn)為土體體積收縮，產(chǎn)生開裂行為。

根據(jù)裂隙數(shù)量以及裂隙形態(tài)的變化，其開裂過程可分為3個階段：裂隙形成階段、裂隙貫通階段、裂隙擴展階段。在裂隙形成階段，裂隙往往最早出現(xiàn)于土體表面的“雜點”［17］，“雜點”的存在，導致局部應力出現(xiàn)集中。隨著蒸發(fā)持續(xù)進行，基質吸力增加，土體內部顆粒之間的張拉應力持續(xù)增加直到超過土體抗拉強度，裂隙便會產(chǎn)生。

進入裂隙貫通階段后裂縫形成，土體表面與空氣接觸面積增大，裂隙兩側土體水分蒸發(fā)速度加快，導致裂隙區(qū)域的張拉應力增加，裂隙尖端的應力集中，表面裂隙不斷加深，直至貫通土體。土體厚度會影響水分蒸發(fā)速度，厚度較小的試樣，土體水分蒸發(fā)較快，導致裂隙切割土體速度相對較快〔見圖12（a）〕。土體的厚度越大，土體表面與底部的含水率梯度相對較大，其基質吸力增長速度越慢，導致裂隙形成的時間相對較晚，土體被完全分割的時間相對較長〔見圖12（b）〕。

進入裂隙擴展發(fā)展階段后，被分割的土塊朝水平方向收縮，產(chǎn)生相對運動趨勢，該過程會受到摩擦力的約束。不同厚度的試樣在摩擦力的作用下，其開裂過程也會不同，較薄的試樣不斷進行土體分割，造成其表面裂隙率增大。而較厚的試樣在底部摩擦力的抑制作用下，底層土體受到約束，表面裂隙不斷拓寬，形成深“V”形剖面。

3.3? 界面摩擦力對土體裂隙發(fā)育的影響

結合上文的討論，土體在裂隙穩(wěn)定發(fā)展階段，底部會受到摩擦力的影響。在干化過程中，土體在水平方向發(fā)生收縮，底部界面摩擦力將會抑制土體收縮。為了更好地理解厚度對于土體開裂的影響，本文研究假定土體均質，其界面摩擦因數(shù)也是均勻的。根據(jù)湯連生等［21］提出的土體與其他物質的界面摩擦力計算公式可得，作用于土體底面的界面摩擦力F為

F=μ（N+ps）（5）

其中上覆黃土的壓力為

N=rH（6）

將式（5）代入式（6）得到

F=μ（rHl+ps）（7）

式中： μ為摩擦因數(shù)，只與土體自身性質有關；p為水膜黏結力；H為土體厚度；s為水膜間的接觸面積；r為土體的重度；l為滑動面的長度。

根據(jù)式（5）可得，土體的界面摩擦力由兩部分組成，一部分是土體與界面的滑動摩擦力F1，另一部分是由于水膜張力而產(chǎn)生的滑移阻力F2。

根據(jù)水膜黏結力與含水率的關系［22］，當土體含水率小于某一界限時，水膜黏結力p隨著含水率的增加而增加，當土體含水率大于某一界限時，p隨著含水率的減少而減小。結合式（7）得到界面摩擦力與含水率之間的關系，如圖13所示。在干化初期，土體水分蒸發(fā)，自重減少，滑動摩擦力F1減小，滑移阻力F2增加，導致總摩擦力F基本不變。 隨著干化不斷進行， 土體內部出現(xiàn)氣體孔隙， 吸力的增加使得土體水分遷移困難， 黏土顆粒聚集。 當土體含水率降低至界限含水率之下， 顆粒間的水膜黏結力逐漸減小， 滑移阻力降低， 土體所受界面摩擦力下降， 其抵抗張拉應力的能力變弱， 導致試樣裂隙在此階段不斷拓寬。 在蒸發(fā)后期， 土體內部的水基本為結合水膜狀態(tài)， 顆粒之間依靠液橋聯(lián)結， 接觸緊密， 界面摩擦力降至最低， 由于土體內部空間的限制， 試樣裂隙擴展基本穩(wěn)定。

同時，可見界面摩擦力與黃土厚度呈正相關，隨著黃土的厚度越大，土體底面所受摩擦力越大，其抵抗張拉應力的能力越強，土塊顆粒產(chǎn)生橫向應變所需更多的能量。土體表面的裂隙不斷拓寬，需要持續(xù)獲取能量來進行區(qū)塊分離。對于較厚的土地，其能量大多優(yōu)先作用于底部的摩擦力，而對于較薄的土體，在抵消完底部摩擦力之后，多余的能量將繼續(xù)作用于裂縫的切割，導致其裂隙率增大。

3.4? 干濕循環(huán)對于土體表面的劣化效應

干濕循環(huán)對土體裂隙的發(fā)育有著重要影響［9-10］。在單次的干化過程中，不同厚度的土體表現(xiàn)出的裂隙形態(tài)以及發(fā)育過程具有較大的差異性。然而，土體在經(jīng)歷多次干濕循環(huán)之后，其裂紋呈現(xiàn)出相似性（見圖14）。對于較薄的試樣，經(jīng)歷第1次干濕循環(huán)后，表面裂隙的形態(tài)基本發(fā)育穩(wěn)定。而較厚的試樣在第1次干濕循環(huán)后，試樣發(fā)育主裂隙，多次干濕循環(huán)后，土體表面逐漸破碎。分析其原因，在干化過程中，內部顆?；ハ嗑蹟n，土體裂隙發(fā)育。在濕化過程中，裂隙通常會表現(xiàn)出愈合［23］。土體中的黏土礦物在吸收水分時膨脹，填充裂隙。同時，黃土中易溶鹽遇水溶解，顆粒之間的雙電子層遭到破壞，連接力降低， 土顆粒被運移到裂縫中［24］。 愈合裂隙的黏結作用較弱， 在下次干化過程中， 裂隙優(yōu)先在其間發(fā)育， 并在此基礎上發(fā)育次生裂隙， 隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加， 裂隙率和裂隙生長速度加快。 多次干濕循環(huán)導致試樣內部的礦物質鹽不斷遷移至表面，出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象。

經(jīng)歷多次干濕循環(huán)之后，土體結構改變，其內部結構更為松散。土體內部應力會重新分布，已經(jīng)存在的節(jié)理裂隙將會進一步加深［25］（見圖15）。裂隙的產(chǎn)生為水分逃逸和入滲提供通道，土體的持水能力顯著弱化［9］。在黃土高原地區(qū)，土層中常常會發(fā)育較深而寬的裂隙，形成優(yōu)勢滲流通道，漫灌和雨水匯集此處，導致土體的穩(wěn)定性降低，誘發(fā)滑坡、崩塌等一系列災害的發(fā)生。

4? 結論

本文以陜西省延安市典型黃土為研究對象，通過干濕循環(huán)作用試驗，對不同厚度的黃土試樣進行裂隙演化試驗，總結其水分蒸發(fā)規(guī)律，記錄裂隙動態(tài)演化過程和幾何形態(tài)特征，得到如下結論。

1）在同一溫度條件下，土體的厚度越大，其水分蒸發(fā)速度越慢。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，不同厚度的土體蒸發(fā)速度增加，到達終止含水率的時間變短。

2）裂隙的發(fā)育過程可以分為裂隙形成階段、裂隙貫通階段、裂隙擴展階段。裂隙多呈現(xiàn)出“T”和“Y”字形，隨著試樣厚度的增加，裂隙率減少，裂隙寬度有所增加。水分蒸發(fā)速度影響裂隙貫通土體的速度，土體越薄，裂隙貫通土體速度越快。土體越厚，其界面摩擦力越大。厚度較大的土體在裂隙擴展階段，底部土體受底部摩擦力的抑制，表面裂隙不斷拓寬，形成深“V”形剖面。

3）界面摩擦力會影響土體裂隙發(fā)育過程，抑制土體開裂過程，其大小與土體厚度呈正比。隨著干化過程的進行，界面摩擦力逐漸減小。

4）干濕循環(huán)次數(shù)越多，試樣表面裂隙網(wǎng)絡越復雜，分形維數(shù)值越大。不同厚度試樣在經(jīng)歷多次干濕循環(huán)后，形成的主裂隙形態(tài)基本一致，厚度越薄的試樣產(chǎn)生的次生裂隙越多。

參考文獻

［1］彭建兵，林鴻州，王啟耀，等. 黃土地質災害研究中的關鍵問題與創(chuàng)新思路［J］. 工程地質學報， 2014， 22（4）： 684-691.

PENG J B， LIN H Z WANG Q Y， et al.The critical issues and creative concepts in mitigation research of loess geological hazards［J］.Journal of Engineering Geology， 2014， 22（4）： 684-691.

［2］王景明，倪玉蘭，孫建中. 黃土構造節(jié)理研究及其應用［J］. 工程地質學報，1994，2（4）： 31-42.

WANG J M，NI Y L，SUN J Z. A study on structural joints in loess and its practical applications［J］. Journal of Engineering Geology， 1994， 2（4）：31-42.

［3］雷祥義. 黃土高原地質災害與人類活動［M］.北京：地質出版社，2001.

［4］WANG J D， ZHANG D F， WANG N Q， et al. Mechanisms of wetting-induced loess slope failures［J］. Landslides， 2019， 16（5）： 937-953.

［5］TANG C S， CUI Y J， TANG A M， et al. Experiment evidence on the temperature dependence of desiccation cracking behavior of clayey soils［J］. Engineering Geology， 2010， 114（3/4）： 261-266.

［6］RAYHANI M H， YANFUL E K， FAKHER A. Desiccation-induced cracking and its effect on the hydraulic conductivity of clayey soils from Iran［J］. Canadian Geotechnical Journal， 2007， 44（3）： 276-283.

［7］ZENG H， TANG C S， ZHU C， et al. Desiccation cracking of soil subjected to different environmental relative humidity conditions［J］. Engineering Geology， 2022， 297： 106536.

［8］盧全中，彭建兵，陳志新，等. 黃土高原地區(qū)黃土裂隙發(fā)育特征及其規(guī)律研究［J］. 水土保持學報，2005，19（5）： 193-196.

LU Q Z， PENG J B，CHEN Z X，et al. Research on characteristics of crack sand fissures of loess and their distribution in Loess Plateau of China［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2005，19（5）：193-194.

［9］葉萬軍，李長清，楊更社，等. 增濕減濕作用下黃土裂隙演化規(guī)律研究［J］. 工程地質學報，2017， 25（2）： 376-383.

YE W J， LI C Q， YANG G S， et al.Evloution of loess crack under action of dehumidification-humidification［J］. Journal of Engineering Geology， 2017， 25（2）： 376-383.

［10］蘇立君，趙茜，劉華，等. 干濕交替過程中原狀黃土的脹縮變形特性及裂隙形態(tài)演化規(guī)律［J］. 天津大學學報（自然科學與工程技術版）， 2021， 54（3）： 255-267.

SU L J，ZHAO Q，LIU H， et al. Swelling and shrinkage behaviors and evolution law of crack morphology of undisturbed loess during wetting-drying cycles［J］. Journal of Tianjin University（Science and Technology）， 2021， 54（3）： 255-267.

［11］郭鴻，馬帥帥，王普，等. 土工格柵抑制黃土干縮裂隙試驗分析［J］. 水資源與水工程學報，2020， 31（4）： 118-123.

GUO H， MA S S， WANG P， et al.Analysis of loess dry shrinkage cracking restrained by geogrid［J］.Journal of Water Resources ＆ Water Engineering， 2020， 31（4）： 118-123.

［12］抗興培，劉曉，王彪龍，等. 黃土坡頂裂縫成因及演化過程分析［J］. 安全與環(huán)境工程，2019， 26（2）： 45-51.

KANG X P， LIU X， WANG B L， et al. Analysis of causes and evolution process of cracks on top of loess slope［J］. Safety and Environmental Engineering， 2019， 26（2）： 45-51.

［13］王娜，王佳妮，張曉明，等.控制厚度條件下崩崗土體的裂隙演化特征［J］.水土保持學報，2021，35（6）：175-182.

WANG N，? WANG J N， ZHANG X M，et al.Evolution characteristics of cracks in Benggang soil under controlled thickness［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2021，35（6）：175-182.

［14］駱趙剛，汪時機，張繼偉，等. 膨脹土裂隙發(fā)育的厚度效應試驗研究［J］. 巖土工程學報， 2020， 42（10）： 1922-1930.

LUO Z G， WANG S J， ZHANG J W， et al.Thickness effect on crack evolution of expansive soil［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2020， 42（10）： 1922-1930.

［15］曾浩，唐朝生，劉昌黎，等. 控制厚度條件下土體干縮開裂的界面摩擦效應［J］. 巖土工程學報， 2019， 41（3）： 544-553.

ZENG H， TANG C S， LIU C L， et al.Effects of boundary friction and layer thickness on desiccation cracking behaviors of soils［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2019， 41（3）： 544-553.

［16］高海通. 干濕交替環(huán)境中黃土裂隙擴展多尺度研究［J］. 遼寧工程技術大學學報（自然科學版）， 2023， 42（1）： 53-60.

GAO H T. Multi-scale research on crack propagation of loess under dry-wet cycles［J］.Journal of Liaoning Technical University（Natural Science）， 2023，42（1）：53-60.

［17］唐朝生，崔玉軍，ANH-MINH T，等. 土體干燥過程中的體積收縮變形特征［J］. 巖土工程學報，2011， 33（8）： 1271-1279.

TANG C S， CUI Y J， ANH-MINH T， et al.Volumetric shrinkage characteristics of soil during drying［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2011， 33（8）： 1271-1279.

［18］LIU C， TANG C S， SHI B， et al. Automatic quantification of crack patterns by image processing［J］. Computers ＆ Geosciences，2013， 57： 77-80.

［19］方華強，蔣春勇，王成龍，等. 厚度及溫度影響下重慶淤泥質土裂隙形態(tài)試驗研究［J］. 巖石力學與工程學報， 2021， 40（12）： 2570-2583.

FANG H Q， JIANG C Y， WANG C L， et al. Effects of layer thickness and temperature on the crack morphology of Chongqing silt［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2021， 40（12）： 2570-2583.

［20］唐朝生，施斌，崔玉軍. 土體干縮裂隙的形成發(fā)育過程及機理［J］. 巖土工程學報， 2018， 40（8）： 1415-1423.

TANG C S， SHI B， CUI Y J， et al. Behaviors and mechanisms of desiccation cracking of soils［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2018， 40（8）： 1415-1423.

［21］湯連生，張鵬程，王洋，等. 土體內外摩擦及摩擦強度試驗研究［J］. 巖石力學與工程學報， 2004，23（6）： 974-979.

TANG L S，ZHANG P C，WANG Y， et al.Testing study on internal and external friction and Frictional strength of soils［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2004，23（6）： 974-979.

［22］張鵬程，湯連生，鄧鐘尉，等. 非飽和土濕吸力與含水率的定量關系研究［J］.巖土工程學報， 2012， 34（8）： 1453-1457.

ZHANG P C， TANG L S， DENG Z W， et al. Quantitative relationship between wet suction and water content of unsaturated soils［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering， 2012， 34（8）： 1453-1457.

［23］TIAN B G， CHENG Q， TANG C S， et al. Healing behaviour of desiccation cracks in a clayey soil subjected to different wetting rates［J］. Engineering Geology， 2023， 313： 106973.

［24］劉海松，倪萬魁，顏斌，等. 黃土結構強度與濕陷性的關系初探［J］. 巖土力學， 2008，29（3）： 722-726.

LIU H S， NI W K， YAN B， et al. Discussion on relationship between structural strength and collapsibility of loess［J］.Rock and Soil Mechanics， 2008，29（3）： 722-726.

［25］FENG L， LIN H， ZHANG M， et al. Development and evolution of loess vertical joints on the Chinese Loess Plateau at different spatiotemporal scales［J］. Engineering Geology， 2020， 265： 105372.

（編? 輯? 李? 波）