超固结性、胀缩性、裂隙性和结构性是原状膨胀土的显著特征,它们对土体的强度、变形与稳定性均有重要影响。膨胀土在干湿循环过程中,裂隙萌生发育,土体结构受到明显的扰动。如何表征膨胀土在裂隙发展过程中对土体的扰动作用,是当前的研究热点,而选择恰当的扰动状态变量直接决定着扰动状态本构模型的合理性。本文利用CT扫描获得土体内部结构信息,定量研究膨胀土裂隙开展过程中的相关特征值,为膨胀土扰动变量的研究提供结构参数。主要从以下方面进行了研究:(1)对合肥原状膨胀土进行了干湿循环试验研究,结合CT扫描,得到不同扰动状态试样的CT图。利用MATLAB编写CT图处理程序定量研究裂隙面积、裂隙体积、裂隙总长度、灰度值和CT数等特征值随干湿循环变化规律,进而讨论它们作为膨胀土扰动状态变量的合理性。同时分析了这些特征值随干湿循环作用在试样轴向的分布规律,进而探讨裂隙的演化规律。将土体平面二维裂隙的演化规律、裂隙的轴向分布规律和裂隙的三维重建结合,裂隙研究由定性发展到定量,由二维平面发展到三维空间。(2)提出基于灰度共生矩阵(GLCM)的膨胀土纹理特征研究方法。研究灰度级、距离和方向三个不同构造因子对GLCM特征值的影响,并对其进行筛选。根据膨胀土干湿循环后的CT图构造灰度共生矩阵并提取GLCM特征值,结合三轴剪切试验土的应力-应变关系,研究合肥原状膨胀土在不同干湿循环作用下的裂隙纹理变化,进而定量分析裂隙对膨胀土结构的扰动效应;证明GLCM特征值作为研究膨胀土纹理特征的合理性。(3)基于GDS三轴试验系统,研究低含水率状态下一维初始损伤对膨胀土强度的影响;并进行控制吸力和围压的三轴剪切试验,对比研究了干湿循环作用对合肥原状膨胀土和重塑膨胀土的应力-应变关系的不同影响,以及吸力与干湿循环联合作用对原状膨胀土强度特性的扰动规律。预设3组不同粒径组成的试样,进行干湿循环试验,研究粒径缺失和干湿循环裂隙的联合作用对重塑膨胀土应力-应变特性的影响。主要研究结论如下:(1)通过CT图的三维重建,定性研究了土体内部三维裂隙演化规律发现:裂隙发育始于土体内部初始孔洞和微裂纹等薄弱处,并由此扩展延伸,形成裂隙面、裂隙体,最后形成复杂的三维裂隙网络。定量提取裂隙面积、裂隙体积、裂隙总长度、灰度值和CT数等特征值发现,这些特征值随干湿循环扰动作用的变化规律均可用Logistic函数加以描述;裂隙面积沿试样轴向的分布具有明显的波动性与周期性,振幅A先增加后减小;得出了试样裂隙面积在径向、轴向的分布与累积干缩体变之间的近似关系,可预测裂隙在三维空间的发展及分布情况。(2)研究发现干湿循环过程GLCM特征值中的ASM,ENT和CON值与累计干缩体变之间的变化规律可以描述膨胀土在干湿循环过程中裂隙对膨胀土强度的扰动作用,可用Logistic函数表示。三轴剪切过程中ASM、ENT和CON值,与膨胀土土体应力-应变曲线可以很好的对应,均可以描述土体在轴向加载过程中的纹理变化,是适应性较好的纹理描述特征值,可以为土体的纹理研究,特别是干湿循环过程中的裂隙纹理研究提供新的参考。(3)原状膨胀土结构性显著,在干湿循环之前,强度明显大于重塑扰动后的膨胀土。裂隙发育不充分时,原状膨胀土和重塑膨胀土土体的应变特性都表现为为软化型,原状膨胀土软化特性更明显。裂隙充分发育后,结构性对土体强度的影响显著降低,原状土和重塑土的强度几乎都达到残余强度,干湿循环已不再对膨胀土强度产生明显影响。(4)在干湿循环的前期,由于吸力的影响裂隙宽度闭合,强度得到部分修复,下降的幅度变小。粒径缺失后,在低围压情况下,粗颗粒的含量高,强度更高。在干湿循环的前期,细颗粒含量高的,强度衰减快,细颗粒含量低的,强度衰减慢;在干湿循环后期,细颗粒含量多的强度基本不再变化,大颗粒含量多的强度继续减小。(5)对比分析了膨胀土裂隙扰动各特征值表征的扰动函数,发现基于灰度共生矩阵的特征值ASM、ENT和CON的扰动函数对原状膨胀土裂隙扰动过程中的强度表征更吻合。基于灰度共生矩阵特征值的膨胀土纹理研究为土体变形及力学特性的研究提供了一条新的途径。