镇江地处江苏西南部，位于宁镇山脉东段，镇江地区的地层自震旦系至第四系均有分布，其中第四系下蜀土的覆盖面积约占陆地总面积的一半^[1]。下蜀土是一种特殊的沉积性土壤，形成于中、晚更新世，在长江中下游地区分布较广，镇江地区的岗地、低山、河流阶地以及三角洲平原等均有分布。下蜀土在天然状态下多呈现褐色、黄褐色，强度和承载力较高^[2]，其所含黏土矿物通常以伊利石为主^[3-4]，具有遇水膨胀、失水收缩等特性^[5-6]，一般为弱膨胀性土^[7]。

由于填料缺乏，在镇江地区修建公路时广泛采用下蜀土作为路基填料，然而下蜀土的变形特征与一般黏性土有着较大的差别。通过人工压实达到压实度的下蜀土能够满足路基填料的要求，然而实际工程中的压实下蜀土往往会受到各种自然环境条件的影响，如降雨和蒸发、地下水位升降等干湿循环作用^[8]。一般而言，压实后的填土在经历反复的干湿循环作用后，其物理力学特性会发生显著变化^[9]。如张芳枝等^[10]研究发现干湿循环作用是压实黏土力学特性发生不可逆变化的主要原因；周勇等^[11]研究发现干湿循环作用会导致不同压实度的黏土产生不可逆的体积收缩并产生众多的微裂隙；Malusis等^[12]研究发现垂直收缩及水力传导系数随着干湿循环次数的增加而增大。除上述之外，干湿循环作用也是导致路基产生不均匀沉降^[13-14]及边坡失稳^[15-16]等工程病害的主要原因。

从上述的分析可知，干湿循环对黏性土的变形特性具有重要影响，而对于下蜀土这种弱膨胀性土其影响更大。然而已有的研究中，仅有干湿循环对下蜀土渗透特性^[17]及强度特性的影响^[7]，而其对于下蜀土的变形特性影响如何，目前还缺少系统性研究。

本文以镇江南徐大道附近的下蜀土为试样，开展不同干湿循环次数下的固结压缩试验，研究下蜀土的变形特性与干湿循环次数的变化规律，并以此为基础，分析干湿循环对下蜀土路基沉降的影响规律。研究结果为下蜀土路基的设计施工及养护治理提供了参考依据，具有一定的实际工程意义。

为定量分析干湿循环次数对下蜀土压缩系数的影响，给出下蜀土压缩系数增加率Δ_i的定义：

(1)

式(1)中，a_vi，a_v0分别为第i次与第0次干湿循环时下蜀土的压缩系数。

为使问题更清晰，按式(1)计算了不同干湿循环次数下蜀土压缩系数的增加率，计算结果如图5所示。从图5可以看出，当干湿循环次数分别为1、2、3、4、5、6时，下蜀土压缩系数的增加率分别为45.5%、56.5%、62.2%、85.9%、106.0%、115.0%，可见，干湿循环对下蜀土的压缩系数有着重要的影响。产生上述结果的原因可能是下蜀土中的盐晶体在反复的干湿循环中不断淋滤，造成其易溶盐含量等变化，从而使得土体表面的扩散层变厚，颗粒之间的联接力减弱。另一方面，下蜀土中伊利石等亲水矿物在吸水过程中不断膨胀，从而导致土体骨架膨胀；干燥过程中下蜀土骨架收缩，导致土中的部分微小裂纹扩张，使得土中孔隙含量增加，且体积不能恢复到吸水之前的状态，宏观上表现为下蜀土的体积增大，在相同竖向荷载下，相应的压缩系数就相应的增大，但这种影响在5次干湿循环以后逐渐趋于平缓。

图5 不同干湿循环次数下蜀土压缩系数的增加率
Fig.5 Increase rate of compression coefficient of Xiashu loess under different dry-wet cycles

本文采用GEO5中的有限元模块建立下蜀土路基的数值模型，根据前人的研究结果，将作用于路基上面的车辆荷载等效为均布荷载，大小取为20 kPa^[20]，计算模型如图6所示。

图6 下蜀土路基沉降计算模型图
Fig.6 Settlement calculation model of Xiashu loess subgrade

下蜀土路基沉降计算时“受干湿循环影响的下蜀土”及“下蜀土”的本构模型均采用摩尔—库伦模型，相应的计算参数如表3所示。干湿循环影响的下蜀土弹性模型不同为引起路基沉降不同的最主要因素，因此下蜀土沉降计算时重点考虑弹性模量的不同对路基沉降的影响，不考虑泊松比、黏聚力及内摩擦角的影响。表3中受干湿循环影响的下蜀土弹性模量值为第1次干湿循环下的值，其他干湿循环次数下的弹性模量值取本文试验研究的结果。

不同干湿循环次数下蜀土路基的沉降计算结果如图7所示。从图7中可以看出，干湿循环对下蜀土路基的沉降影响较大，当干湿循环次数从0～6次时，下蜀土路基的沉降从5.5 mm增大到20.7 mm。因此，实际工程中对下蜀土路基可采用一定的覆盖措施，减小干湿循环对其沉降的影响。

表3 下蜀土路基的计算参数
Table 3 Calculation parameters of Xiashu loess subgrade

图7 不同干湿循环次数下蜀土路基沉降
Fig.7 Settlement of Xiashu loess subgrade under different dry-wet cycles

不同干湿循环次数下蜀土路基的变形如图8所示，限于文章篇幅，分别选取干湿循环0、3、6次下的路基变形图。从图中可以看出，随着干湿循环次数的增加，下蜀土路基的变形逐渐增大，路基变形的影响区域从较深层逐渐向干湿循环影响层过渡。

图8 不同干湿循环次数下蜀土路基变形图
Fig.8 Deformation diagram of Xiashu loess subgrade under different dry-wet cycles

(1)在下蜀土失水干燥及吸水饱和过程中，下蜀土表面裂纹张开而后逐渐闭合，但致其内部结构损伤不可恢复，进而导致其力学特性的变化。

(2)随着干湿循环次数的增加，镇江下蜀土的压缩系数逐渐增大，经历5次干湿循环后，下蜀土的压缩系数趋于稳定。

(3)干湿循环对下蜀土路基沉降的影响较大，当干湿循环次数从0增加到6次时，下蜀土路基的沉降从5.5 mm增大到20.7 mm。

(4)随着干湿循环次数的增加，下蜀土路基的变形逐渐增大，路基变形的影响区域从较深层逐渐向干湿循环影响层过渡。