基于核磁共振的不同含水率黃土古土壤凍融循環(huán)試驗研究*

葉萬軍 強(qiáng)艷紅 景宏君 鄒 愈

(①西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院， 西安 710054， 中國) (②陜西科技控股集團(tuán)有限責(zé)任公司， 西安 710077， 中國) (③陜西科控技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究院有限公司， 西安 710077， 中國)

0 引 言

古土壤多形成于第四紀(jì)，主要分布于我國西部的黃土塬地區(qū)。隨著該地區(qū)工程項目的建設(shè)，古土壤地層逐漸被人們所關(guān)注。季節(jié)性凍區(qū)的古土壤地層，在降雨入滲、凍融交替共同作用下土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)劣化，導(dǎo)致其物理力學(xué)特性發(fā)生改變，從而使工程性質(zhì)受到影響。因此，了解不同含水率凍融環(huán)境下古土壤的微觀變化規(guī)律，對研究古土壤凍融損傷演化過程以及凍土區(qū)古土壤地層工程建設(shè)破壞機(jī)理具有重要意義。

近年來，眾多學(xué)者在巖土凍融方面研究較多，主要集中在巖土體凍融損傷機(jī)理(楊更社等， 2014； 趙建軍等， 2019； 陳國慶等， 2020)、顆粒孔隙變化特征(李杰林等， 2012； 葉萬軍等， 2018)、強(qiáng)度劣化模型(申艷軍等， 2020)、滲透特性(許建等， 2017)及力學(xué)特征變化(賀晶晶等， 2018； 楊秀榮等， 2020)等方面。通過宏微觀多尺度分析深入研究凍融環(huán)境對巖土體的影響，幫助解決巖土工程中的實際問題。

目前，對于巖土體微觀結(jié)構(gòu)的研究主要是通過CT掃描技術(shù)(韓偉歌等， 2017； 宋勇軍等， 2019； 鄭博寧等， 2019)、電鏡掃描技術(shù)(齊吉琳等， 2003； 倪萬魁等， 2014； 谷琪等， 2016)以及核磁共振技術(shù)分析試樣內(nèi)部孔隙和顆粒分布規(guī)律、試樣破壞動態(tài)過程以及損傷劣化特征等，從而加深對土體宏觀特性的認(rèn)識。核磁共振技術(shù)作為一種無損傷檢測技術(shù)近幾年被廣泛應(yīng)用到巖土工程領(lǐng)域，目前在巖石方面應(yīng)用較多，土體方面應(yīng)用較少，尤其是土體凍融損傷機(jī)制方面涉及更少。周科平等(2012)借助核磁共振掃描儀研究凍融環(huán)境下的花崗巖，認(rèn)為凍融作用下，巖石內(nèi)部發(fā)生劣化，孔隙率增大； 陶高梁等(2018)以水泥土為研究對象，利用核磁共振技術(shù)分析水泥摻量對孔隙影響，進(jìn)而對滲透性的影響，認(rèn)為水泥土的滲透系數(shù)隨水泥摻量的增加而減小。李志清等(2018)通過核磁共振技術(shù)研究海相頁巖和陸相頁巖在孔隙結(jié)構(gòu)上的差異，認(rèn)為陸相頁巖的納米孔隙較發(fā)育，相比海相頁巖具有更高商業(yè)價值； 褚夫蛟等(2018)采用核磁共振技術(shù)研究不同沖擊力對不同含水率砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律及損傷演化過程，認(rèn)為沖擊能量增大，巖石內(nèi)部孔隙數(shù)量與尺寸增加，內(nèi)部裂隙發(fā)生擴(kuò)展； 譚龍等(2017)基于核磁共振技術(shù)研究了土體在脫濕過程中孔隙水的分布規(guī)律，認(rèn)為土體中大孔隙水優(yōu)先于小孔隙水排出； 王卉等(2017)采用核磁共振技術(shù)研究不同干密度黏土微觀孔隙結(jié)構(gòu)，認(rèn)為干密度主要影響土體大孔隙結(jié)構(gòu)； 楊更社等(2019)采用核磁共振技術(shù)研究了凍融作用下原狀黃土的孔隙分布規(guī)律，認(rèn)為凍融交替下微、小孔隙含量增加，中、大孔隙含量降低。

對于古土壤的研究，力學(xué)方面，曹春山等(2016)采用CU試驗和CD試驗研究古土壤剪切破壞形式，認(rèn)為不排水條件下古土壤發(fā)生減脹破壞，排水條件下古土壤發(fā)生減縮破壞； 葉萬軍等(2019a)采用室內(nèi)試驗研究不同初始含水率膨脹性古土壤力學(xué)性質(zhì)，得出初始含水率與黏聚力和內(nèi)摩擦角呈負(fù)相關(guān)，黏聚力對水分變化更敏感； 吳云濤等(2019)通過三軸剪切試驗研究兩種應(yīng)力路徑下古土壤剪切模式，認(rèn)為軸向加載和側(cè)向卸載路徑下土體應(yīng)力-應(yīng)變曲線均呈應(yīng)變硬化型，關(guān)系均符合雙曲線模型。微觀方面，李鑫等(2018)采用X-ray CT掃描技術(shù)對古土壤孔隙進(jìn)行研究，得出古土壤為一種雙重介質(zhì)土體，且土體孔隙中以微小孔隙為主； 葉萬軍等(2019b)采用電鏡掃描和核磁共振技術(shù)研究干濕循環(huán)下古土壤的細(xì)微觀特性及力學(xué)性質(zhì)，分析細(xì)微觀變化與宏觀力學(xué)的關(guān)系。

綜上分析，對于土體微觀層面的研究目前多集中于采用微觀掃描技術(shù)，獲取土體孔隙、顆粒及連接方式等微觀信息，進(jìn)而從微觀變化分析其宏觀物理力學(xué)性質(zhì)。對于季節(jié)凍土區(qū)土體而言，含水率是引起凍融作用發(fā)生災(zāi)害的主要因素之一，當(dāng)土體處于凍融環(huán)境時，土中孔隙所含水會發(fā)生水-冰-水的相變，導(dǎo)致土體孔隙和顆粒發(fā)生改變，從而影響土體結(jié)構(gòu)，這是諸多研究者的共識。然而，目前對于古土壤的研究，主要集中在宏觀力學(xué)方面，微觀方面的研究還比較缺乏，特別是對于凍土區(qū)不同含水率古土壤的微觀研究鮮有涉及。因此本文采用核磁共振技術(shù)研究不同凍融循環(huán)次數(shù)和不同含水率對古土壤微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律以及土體內(nèi)部損傷劣化過程，建立凍融循環(huán)次數(shù)與土體損傷關(guān)系。為季節(jié)凍土區(qū)古土壤地層的工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 古土壤性質(zhì)及試驗方案

1.1 古土壤的物理性質(zhì)

試驗用土取自銀西高鐵早勝隧道，土體為紅褐色，硬塑，含少許鈣質(zhì)結(jié)核。試驗過程嚴(yán)格按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(2019)進(jìn)行，通過多組平行試驗得到土體基本物理統(tǒng)計指標(biāo)，如表 1所示，土體顆粒級配曲線如圖 1所示。

表 1 古土壤基本物理統(tǒng)計指標(biāo)Table 1 Basic physical statistics of paleosol

圖 1 古土壤顆粒級配曲線Fig. 1 Particle grading curve of paleosol

1.2 試驗儀器

本次試驗儀器采用西安科技大學(xué)核磁共振實驗室的DWX-150-30型低溫試驗箱和NMRC12-010V核磁共振孔隙分析儀(圖2)。核磁共振試驗中關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：共振頻率12MHz，磁體強(qiáng)度0.3T，線圈直徑60mm，磁體溫度32℃，脈寬P1為16.00μs，脈寬P2為32.00μs，采樣點(diǎn)TD=42010，采樣頻率SW=200kHz，射頻延時D3為62μs，采樣等待時間TW=1000ms，模擬增益RG1=20，數(shù)值增益DRG1=3，重復(fù)采樣次數(shù)NS=16，回波時間TE=210μs，回波個數(shù)NECH=1000。

圖 2 試驗儀器Fig. 2 Test instrumenta. 低溫試驗箱； b. 核磁共振儀

1.3 試驗原理

核磁共振技術(shù)(Coates， 2007)是利用試樣中氫原子核與外磁場相互作用，獲取氫原子核信息的測試技術(shù)。試驗時，試樣放入主磁場后施加一定頻率射頻脈沖，試樣中的自旋氫核發(fā)生磁化并吸收一定能量，偏離平衡狀態(tài)； 當(dāng)終止射頻后，磁化后的氫核逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)； 氫核從失衡狀態(tài)到平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的時間為弛豫時間。

一般土體材料的弛豫時間T2表達(dá)式為：

(1)

式中：T2自由為流體的自由弛豫時間，由流體的物理特性決定；T2擴(kuò)散為流體的擴(kuò)散弛豫時間，由擴(kuò)散系數(shù)(D)、磁場強(qiáng)度(G)、磁旋比(γ)以及測量時的序列參數(shù)(TE)計算所得；T2表面為流體的表面弛豫時間，由表面弛豫強(qiáng)度(ρ2)、孔隙表面積與流體體積之比計算所得。

計算時，T2自由和T2擴(kuò)散忽略不計，弛豫時間主要由T2表面決定。因此簡化式(1)，得出古土壤中的孔隙尺寸與弛豫時間T2的關(guān)系：

(2)

1.4 試驗方案

1.4.1 試樣制備

將現(xiàn)場所取的古土壤土樣烘干、研磨、過篩后，稱取相應(yīng)質(zhì)量的過篩土和水配制干密度為1.65g·cm-3、初始含水率為13%、16%、19%和21%的試樣。將計算所需土量和水量按照《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫組，2019)制備，完成后用保鮮膜密封靜置24h，使水分均勻分布。由于核磁掃描試驗中含鐵物質(zhì)會對核磁信號產(chǎn)生干擾，因此選用試樣為39.1mm×80mm的標(biāo)準(zhǔn)三軸樣進(jìn)行試驗。試樣制備采用靜壓法，完成后用保鮮膜包裹并進(jìn)行標(biāo)記，靜置48h后進(jìn)行試驗。

1.4.2 凍融循環(huán)試驗

將制備好的試樣按照不同含水率分為4組，每組5個試樣，共計20個標(biāo)準(zhǔn)三軸試樣進(jìn)行0次、1次、3次、5次、10次凍融循環(huán)試驗。試驗過程中將試樣放到低溫試驗箱內(nèi)-15℃凍結(jié)12h進(jìn)行凍結(jié)試驗，將土樣放到20℃的室內(nèi)融化12h進(jìn)行融化試驗，試驗過程如圖 3所示。

圖 3 凍融循環(huán)過程Fig. 3 Freeze-thaw cycles

1.4.3 核磁試驗

核磁試驗前需要對凍融完成后的試樣進(jìn)行抽真空飽和，確保核磁掃描中能夠準(zhǔn)確檢測到試樣內(nèi)部孔隙含量。首先采用飽和儀對循環(huán)后的試樣進(jìn)行2h的抽真空飽和，完成后關(guān)閉儀器繼續(xù)放入飽和儀中飽和12h，使土體飽和度達(dá)到98%以上，飽和結(jié)束后用保鮮膜包裹并貼標(biāo)簽； 然后進(jìn)行核磁檢測，檢測完后通過該試驗軟件進(jìn)行反演，得到最終各試樣的T2時間分布曲線。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 古土壤T2譜分布情況

2.1.1 凍融循環(huán)的影響

對各含水率試塊進(jìn)行0次、1次、3次、5次、10次的凍融循環(huán)試驗，根據(jù)試驗結(jié)果，繪制不同凍融循環(huán)次數(shù)下古土壤的T2譜分布曲線(圖 4)。從圖 4可以看出，總體上古土壤T2譜分布曲線成三峰型分布，即試塊中孔隙主要集中在3種尺寸區(qū)間內(nèi)，但三峰變化不同，主峰突出，主要分布在0.05～2.3ms之間，其面積占T2譜面積的80%以上，其余兩個次峰極小分別分布在3.5～25.6ms和41.5～333.2ms區(qū)間，說明主峰區(qū)間對應(yīng)的含水量和孔隙數(shù)量占比較大，且土體內(nèi)部以小尺寸孔隙為主。隨著凍融循環(huán)增加，信號幅度增加，且各信號幅度的幅值也增大，說明土體在凍融環(huán)境下發(fā)生損傷，且隨著循環(huán)次數(shù)增加損傷程度加大，同時也說明凍融損傷是一個累積的過程。

圖 4 不同凍融循環(huán)次數(shù)下古土壤T2譜譜圖Fig. 4 T2 spectrum of paleosol under different freeze-thaw cyclesa. 含水率13%； b. 含水率16%； c. 含水率19%； d. 含水率21%

隨著循環(huán)次數(shù)增加，各曲線分布形狀基本相同，三峰的核磁共振信號幅度增大，即各尺寸孔隙增加以及相應(yīng)孔隙數(shù)量增加。說明凍融循環(huán)改變了土體內(nèi)部孔隙大小及數(shù)量。分析原因：土體在凍結(jié)環(huán)境下，其內(nèi)部孔隙、裂隙中所含的水由液態(tài)水轉(zhuǎn)為固態(tài)冰，體積增大，并在凍脹力作用下使土體顆粒間發(fā)生破壞，導(dǎo)致土體內(nèi)部孔隙發(fā)生變化； 融化環(huán)境下，孔隙中的冰變?yōu)樗?，體積縮小，并且部分易溶礦物質(zhì)在融化過程中溶解于水中，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)部孔隙、裂隙增加。在重復(fù)的凍融交替下，土體孔隙持續(xù)發(fā)育，孔隙數(shù)量不斷增加。

分析圖 4可知，凍融循環(huán)下，信號幅度隨循環(huán)次數(shù)增加而增加， 5次循環(huán)前增長幅度較大， 5次到10次增長較小，說明5次循環(huán)后土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。隨著含水率變化，凍融循環(huán)后信號幅度增長規(guī)律不同。含水率為13%和16%時， 3次循環(huán)后孔隙數(shù)量增加， 3次到5次時孔隙數(shù)量變化最大， 5次之后趨于穩(wěn)定； 含水率19%和21%時，初始循環(huán)下孔隙數(shù)量增加，在1次到3次之間孔隙變化最大， 3次到5次逐漸減小， 5次之后變化趨于穩(wěn)定。說明含水率與凍融循環(huán)共同作用下，含水率越大，凍融循環(huán)下土體越容易發(fā)生破壞。

2.1.2 含水率影響

對含水率為13%、16%、19%和21%的古土壤試塊凍融循環(huán)后進(jìn)行核磁試驗，根據(jù)核磁試驗結(jié)果，繪制凍融循環(huán)0次和10次不同含水率下的古土壤T2譜分布曲線，如圖 5所示。

圖 5 不同含水率下古土壤T2譜譜圖Fig. 5 T2 spectrum of paleosol under different water contentsa. 凍融循環(huán)0次； b. 凍融循環(huán)10次

由圖 5可知，對于未凍融與凍融循環(huán)作用后的古土壤試樣，含水率對其孔隙結(jié)構(gòu)影響較明顯。在未凍融時，各含水率下古土壤T2譜曲線分布形狀相同，土樣內(nèi)部孔隙以小尺寸孔隙為主，大尺寸孔隙較少，信號幅度相等。分析原因由于不同含水率試驗干密度相同，核磁掃描前試驗需要進(jìn)行飽和，飽和完成后各試樣所含氫離子基本相等，因此未凍融條件下含水率對土體孔隙沒有影響。

在凍融循環(huán)后，各含水率古土壤T2譜曲線發(fā)生變化，隨著含水率增加，信號幅度增大，即各孔隙尺寸及孔隙數(shù)量增加。說明凍融環(huán)境下，水會影響土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使土體孔隙尺寸增大，結(jié)構(gòu)松散。同時也說明含水率和凍融循環(huán)共同影響下土體結(jié)構(gòu)更易發(fā)生破壞，因此在季節(jié)凍土區(qū)施工要注重防水問題。

2.2 古土壤T2譜面積分析

T2譜面積大小與土體內(nèi)部孔隙含水量呈正相關(guān)，不同含水率土體在經(jīng)歷凍融循環(huán)后，土體孔隙體積的變化可通過T2譜面積的變化來反映。并且通過T2譜面積可計算出土體孔隙度，而孔隙度可反映土體凍融損傷變化。各含水率土體凍融循環(huán)后的T2譜面積變化曲線圖如圖 6所示。隨著循環(huán)次數(shù)增加，各含水率T2譜面積增加，說明凍融環(huán)境下土體內(nèi)部產(chǎn)生了新的孔隙，在重復(fù)循環(huán)下，孔隙體積逐漸增大。

圖 6 T2譜面積變化曲線Fig. 6 T2 spectrum area change curve

從圖 6可知，凍融循環(huán)后初始含水率越大T2譜面積越大，各曲線變化規(guī)律基本相同。在初始循環(huán)時，各含水率T2譜面積增長速率較大； 在1次到3次循環(huán)時，低于最優(yōu)含水率的T2譜面積增長速率較小，高于最優(yōu)含水率的T2譜面積增長速率較大； 在3次到5次循環(huán)，隨著含水率增大，T2譜面積增長速率增加； 5次循環(huán)后，各含水率T2譜面積基本趨于穩(wěn)定。說明5次循環(huán)后土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，含水率越大，孔隙體積增加速率越大。同時凍融循環(huán)后，高于最優(yōu)含水率土樣比低于最優(yōu)含水率土樣譜面積增大了25.39%，因此可推算出凍融循環(huán)下，高于最優(yōu)含水率土樣比低于最優(yōu)含水率土樣孔隙體積增大了25.39%。

2.3 古土壤孔隙變化情況

根據(jù)核磁共振測試原理，T2弛豫與古土壤孔隙大小存在相關(guān)關(guān)系，因此，考慮試塊自身材料特性，表面弛豫強(qiáng)度取3.0μm/ms。假設(shè)試塊中孔隙為理想的球形，選(S/V)孔隙=3/r，計算得孔隙半徑與弛豫時間的關(guān)系為：

r=9.0T2

(3)

根據(jù)式(3)，結(jié)合譜面積，計算各個孔隙百分含量，即可將試樣T2譜弛豫時間分布轉(zhuǎn)化為孔徑分布，根據(jù)孔徑大小可繪制成孔徑分布圖，為了更直觀地反映土體內(nèi)孔徑變化規(guī)律，以及各孔隙孔徑分布含量，將試驗土體孔徑劃分為(0.09，1)，[1，5]，(5，20]，(20，100]，(100，1000]，(1000，3000]，(3000，6000](單位：μm，下同)，共7組。繪制凍融循環(huán)下各含水率土體孔徑與各孔隙孔徑分布含量柱狀圖，如圖 7所示。從圖可知，不同含水率孔隙半徑變化規(guī)律基本相同，土體孔隙半徑主要集中在1～20μm之間，隨著含水率增加，[1，5)區(qū)間范圍內(nèi)的孔徑分布含量降低，(5，20]區(qū)間范圍內(nèi)孔徑分布含量增加； 隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，低于最優(yōu)含水率時，[1，5)區(qū)間范圍內(nèi)的孔徑分布含量增加，(5，20]區(qū)間范圍內(nèi)孔徑分布含量降低； 高于最優(yōu)含水率時，[1，5)和(5，20]區(qū)間范圍內(nèi)孔徑分布含量降低； 各含水率下在(20，100]、(100，1000]，(1000，3000]區(qū)間范圍內(nèi)孔徑分布含量增加。說明凍融循環(huán)后小孔徑孔隙含量降低，大孔徑孔隙含量增加。

圖 7 不同凍融循環(huán)各組孔隙分布圖Fig. 7 Distribution map of pores in different freeze-thaw cyclesa. 含水率13%； b. 含水率16%； c. 含水率19%； d. 含水率21%

表 2 古土壤孔隙分布情況Table 2 Pore distribution of paleosol

為了便于比較，根據(jù)劉勇健等(2011)對土體孔隙分類標(biāo)準(zhǔn)，將孔隙劃分為4類：小孔隙(r<1μm)、中孔隙(1μm≤r≤20μm)、大孔隙(20μm

3 古土壤凍融損傷研究

3.1 基于核磁共振損傷分析

根據(jù)核磁試驗分析，土體在凍融循環(huán)下發(fā)生損傷劣化，其損傷表現(xiàn)在孔隙率的變化，而孔隙率可以通過土顆粒連續(xù)性來表示。因此采用土體顆粒連續(xù)性描述土體凍融損傷狀態(tài)，通過土樣孔隙率，換算得出顆粒連接體積?；诩僭O(shè)對其進(jìn)行研究： ①不考慮土體的初始損傷，認(rèn)為0次循環(huán)的土樣為未損傷狀態(tài)，循環(huán)后的土樣為損傷狀態(tài)； ②凍融循環(huán)不改變土樣體積，即V不變。

凍融環(huán)境下土體顆粒連續(xù)性降低，其表達(dá)式為：

(4)

式中：V為土樣總體積；V′為土樣固體顆粒體積，可由下式求出：

(5)

V′=V(1-D)=V(1-φ)

(6)

式中：D為損傷變量；φ為土樣孔隙率。

依據(jù)Lemaitre(沈為， 1995)在損傷力學(xué)理論方面做出的研究，認(rèn)為損傷后的有效應(yīng)力可用無損時的真實應(yīng)力代替。即受損土體的有效應(yīng)力σ′=σ/ψ，其中，ψ=1-φ，σ為土體的真實應(yīng)力，得出古土壤孔隙率與有效應(yīng)力關(guān)系式為：

(7)

3.2 古土壤凍融損傷分析

根據(jù)3.1節(jié)，古土壤有效應(yīng)力可采用孔隙率進(jìn)行研究，取最優(yōu)含水率(含水率16%)狀態(tài)下古土壤土樣凍融循環(huán)后孔隙率進(jìn)行研究，擬合該含水率下孔隙率與凍融循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系，擬合結(jié)果如圖 8所示，擬合多項式為：

φ=-0.004 68n2+0.0748n+0.5855

(8)

聯(lián)立式(7)、式(8)得出σ′與n的關(guān)系式：

(9)

圖 8 最優(yōu)含水率孔隙率與凍融循環(huán)次數(shù)擬合曲線Fig. 8 Fitting curve of optimal water content porosity and freeze-thaw cycles

由圖 8可知，古土壤土樣凍融循環(huán)次數(shù)與孔隙率擬合曲線相關(guān)系數(shù)為0.9787，說明擬合效果良好。因此根據(jù)損傷原理，推導(dǎo)所得的有效應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)關(guān)系式具有一定理論依據(jù)。本文對于古土壤凍融損傷研究是基于假設(shè)條件進(jìn)行的，而實際凍融損傷過程中會受多種因素影響，因此在古土壤凍融損傷方面還需要進(jìn)一步研究分析。

4 結(jié) 論

通過對不同含水率古土壤試樣進(jìn)行凍融循環(huán)試驗研究，得出以下結(jié)論：

(1)凍融循環(huán)改變古土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，土體中的孔隙水、裂隙水在凍脹作用下改變土體孔隙結(jié)構(gòu)，使土體發(fā)生損傷劣化。

(2)古土壤核磁試驗結(jié)果表明，試驗中試樣T2譜分布曲線呈三峰型分布，主峰所占比例較大。隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，各峰信號幅度增強(qiáng)，孔隙尺寸及數(shù)量增加； 隨著含水率增加，含水率較小的土體孔隙增長幅度小于含水率較大的土體，說明凍融環(huán)境下高于最優(yōu)含水率土體比低于最優(yōu)含水率土體更易發(fā)生破壞。因此在季節(jié)凍土區(qū)施工應(yīng)注意防水、排水問題。

(3)根據(jù)古土壤核磁掃描結(jié)果計算出土體內(nèi)部各孔隙孔徑分布含量，得出試樣在凍融循環(huán)下，中孔隙占比降低，大孔隙、最大孔隙占比增加； 含水率影響下，隨著含水率上升，中孔隙占比減小，大孔隙占比增加。

(4)依據(jù)損傷力學(xué)理論，采用土體顆粒連續(xù)性評價凍融土體損傷狀態(tài)，引入損傷變量，根據(jù)應(yīng)變等價原理，建立孔隙率與有效應(yīng)力關(guān)系，并根據(jù)孔隙率與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系，導(dǎo)出最優(yōu)含水率狀態(tài)下古土壤有效應(yīng)力與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系。