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膨胀土在我国20多个省市自治区有着广泛的分布。由于对水分变化的高敏感性，干湿循环影响下的膨胀土路基力学性能大幅衰减，极易导致沉陷、裂隙等路基病害，造成巨大经济损失。土体的力学性质变化是诸多微观因素的宏观表现。研究干湿循环影响下土体孔隙结构的变化规律，对膨胀土区路基病害防治和养护方案制定具有重要意义。本文借助核磁共振技术，测定多次干湿循环影响下土体孔隙结构及孔隙水分布特征，探究孔隙结构变化对土体变形、渗透性的影响机制。本文研究成果可为路基病害处置提供理论参考。文章主要研究工作及结论如下：
1.研究不同荷载下(0 kPa、5 kPa、15 kPa、30 kPa)的干湿循环作用对土体抗剪强度的影响；探究不同干密度(ρd=1.4g/cm3、1.6g/cm3、1.8g/cm3)试样在0～3次干湿循环过程中的裂隙演化过程。研究结果显示：(1)不同荷载下，土体粘聚力都随循环次数的增加而减小，但衰减率不同。竖向荷载可有效阻碍裂隙发展、抑制粘聚力衰减，但抑制程度并不与荷载值成正比。(2)土体裂隙率随循环次数增加而增加。相同含水率点，脱湿路径裂隙率低于吸湿路径裂隙率，土体裂隙率都随着含水率的增加而呈先增后减趋势。
2.测定了3种孔径(r=0.25mm、0.5mm、2.0mm)毛细管模型的核磁共振T2曲线，分析孔径、孔隙数量对T2曲线的影响。测定0～1400kPa吸力下土体T2曲线，确定T2与孔径r的换算系数。研究结果显示：(1)T2曲线积分面积与毛细管含水量成正比，T2值与孔径r成正比。(2)采用“饱和-吸力联测”法得到T2与孔径r的换算关系为ri=1.39T2i。采用T2换算的孔隙结构信息与压汞试验结果符合良好。
3.对孔隙水分布进行定量化分析，引入孔隙水分布特征对VG模型进行修正。研究结果显示：(1)相同含水率点，土体吸湿、脱湿路径下T2曲线基本重合。(2)提出孔隙水分布曲线(PWDC)来描述土体中水的分布特征。(3)提出孔隙水损伤势、总损伤势、相对损伤度等指标对给定吸力下孔径大于临界孔径rc的PWDC进行定量化，发现孔隙水损伤势与吸力之间具有良好的函数关系。(4)引入孔隙水损伤势，得到了可表示孔隙水分布信息的修正VG模型。
4.测定了0～4次干湿循环土体T2曲线，分析孔隙结构变化与土体宏观变形的关系。研究显示：(1)土体变形时程曲线是非线性的，用指数函数模型可很好的拟合(式(5-3)、式(5-6))，该模型对干密度、荷载、循环次数等影响的土体变形具有良好的预测效果。(2)土体孔隙被划分为大孔(r>10μm)、中孔(3.2＜r≤10μm)、小孔(1.0＜r≤3.2μm)、微孔(r≤1.0μm)。土体吸湿过程，4类孔隙储水量与土体含水率之间可用“S”型曲线拟合。当含水率ω>19％时，大孔隙才开始充水并迅速吸水饱和。(3)不同尺寸的孔隙在干湿循环过程中有其独特的变化规律。团粒内孔隙(小、微孔)几乎不受干湿循环作用的影响，中、大孔隙的是土体宏观变形的主要贡献者。(4)孔隙指数(H)与土样总孔隙增量之间存在可靠的线性关系，可作为反映中孔隙、大孔隙贡献差异的土体变形预测模型。
5.研究了干湿循环过程中孔隙水形态、平均孔径变化规律，分析它们对土体渗透性的影响。研究显示：(1)将孔隙水分为束缚水(T2≤0.37ms)和可动水(T2>0.37ms)，束缚水量不受循环次数影响，而可动水量随循环次数增加而线性增大。(2)由基于孔隙水形态的修正Coope渗透模型可知，土体渗透率与循环次数N的6次方成正比。(3)土体平均孔径随循环次数增加而线性增大。由Poiseille方程可知孔隙单位流量Q与干湿循环次数N的4次方成正比。
6.测定不同循环次数土体固-液接触角、微观结构、矿物成分、化学元素的变化规律，分析土体细观参数与宏观力学性质的关联。研究结果显示：(1)干湿循环作用不会改变土体的亲水性(接触角＜90°)，循环次数与固-液接触角之间未见统一规律。1次循环后，接触角大幅提高(平均增大约33.32％)，之后接触角在10.11°范围内上下波动。(2) 随循环次数增加，土体面-边排列、边-边排列的粘土片占比增大，土体宏观力学性质趋向各向同性。(3)有限次干湿循环未能改变土体矿物组成，但多次循环后(30次)矿物主要特征衍射峰强度有所减弱。
1.研究不同荷载下(0 kPa、5 kPa、15 kPa、30 kPa)的干湿循环作用对土体抗剪强度的影响；探究不同干密度(ρd=1.4g/cm3、1.6g/cm3、1.8g/cm3)试样在0～3次干湿循环过程中的裂隙演化过程。研究结果显示：(1)不同荷载下，土体粘聚力都随循环次数的增加而减小，但衰减率不同。竖向荷载可有效阻碍裂隙发展、抑制粘聚力衰减，但抑制程度并不与荷载值成正比。(2)土体裂隙率随循环次数增加而增加。相同含水率点，脱湿路径裂隙率低于吸湿路径裂隙率，土体裂隙率都随着含水率的增加而呈先增后减趋势。
2.测定了3种孔径(r=0.25mm、0.5mm、2.0mm)毛细管模型的核磁共振T2曲线，分析孔径、孔隙数量对T2曲线的影响。测定0～1400kPa吸力下土体T2曲线，确定T2与孔径r的换算系数。研究结果显示：(1)T2曲线积分面积与毛细管含水量成正比，T2值与孔径r成正比。(2)采用“饱和-吸力联测”法得到T2与孔径r的换算关系为ri=1.39T2i。采用T2换算的孔隙结构信息与压汞试验结果符合良好。
3.对孔隙水分布进行定量化分析，引入孔隙水分布特征对VG模型进行修正。研究结果显示：(1)相同含水率点，土体吸湿、脱湿路径下T2曲线基本重合。(2)提出孔隙水分布曲线(PWDC)来描述土体中水的分布特征。(3)提出孔隙水损伤势、总损伤势、相对损伤度等指标对给定吸力下孔径大于临界孔径rc的PWDC进行定量化，发现孔隙水损伤势与吸力之间具有良好的函数关系。(4)引入孔隙水损伤势，得到了可表示孔隙水分布信息的修正VG模型。
4.测定了0～4次干湿循环土体T2曲线，分析孔隙结构变化与土体宏观变形的关系。研究显示：(1)土体变形时程曲线是非线性的，用指数函数模型可很好的拟合(式(5-3)、式(5-6))，该模型对干密度、荷载、循环次数等影响的土体变形具有良好的预测效果。(2)土体孔隙被划分为大孔(r>10μm)、中孔(3.2＜r≤10μm)、小孔(1.0＜r≤3.2μm)、微孔(r≤1.0μm)。土体吸湿过程，4类孔隙储水量与土体含水率之间可用“S”型曲线拟合。当含水率ω>19％时，大孔隙才开始充水并迅速吸水饱和。(3)不同尺寸的孔隙在干湿循环过程中有其独特的变化规律。团粒内孔隙(小、微孔)几乎不受干湿循环作用的影响，中、大孔隙的是土体宏观变形的主要贡献者。(4)孔隙指数(H)与土样总孔隙增量之间存在可靠的线性关系，可作为反映中孔隙、大孔隙贡献差异的土体变形预测模型。
5.研究了干湿循环过程中孔隙水形态、平均孔径变化规律，分析它们对土体渗透性的影响。研究显示：(1)将孔隙水分为束缚水(T2≤0.37ms)和可动水(T2>0.37ms)，束缚水量不受循环次数影响，而可动水量随循环次数增加而线性增大。(2)由基于孔隙水形态的修正Coope渗透模型可知，土体渗透率与循环次数N的6次方成正比。(3)土体平均孔径随循环次数增加而线性增大。由Poiseille方程可知孔隙单位流量Q与干湿循环次数N的4次方成正比。
6.测定不同循环次数土体固-液接触角、微观结构、矿物成分、化学元素的变化规律，分析土体细观参数与宏观力学性质的关联。研究结果显示：(1)干湿循环作用不会改变土体的亲水性(接触角＜90°)，循环次数与固-液接触角之间未见统一规律。1次循环后，接触角大幅提高(平均增大约33.32％)，之后接触角在10.11°范围内上下波动。(2) 随循环次数增加，土体面-边排列、边-边排列的粘土片占比增大，土体宏观力学性质趋向各向同性。(3)有限次干湿循环未能改变土体矿物组成，但多次循环后(30次)矿物主要特征衍射峰强度有所减弱。