摘 要：膨胀土的干缩开裂特性易诱发工程地质灾害，通过掺入生物炭与剑麻纤维可有效抑制其裂隙发育。本研究以南宁压实膨胀土为对象，结合室内干缩开裂试验、SEM微观结构分析与数字图像处理技术，系统探究生物炭与剑麻纤维对膨胀土抗裂性能的影响。结果表明：素土干燥过程呈现主裂隙贯通、次生裂隙衍生的典型特征，改良土仅形成主裂隙无次生裂隙扩展。改良土水分丧失规律符合指数衰减模型，生物炭掺量增加使衰减速率系数b降低，纤维掺量及长度增加加速水分蒸发。相对于素土裂隙率，单掺10%生物炭掺量和6‰剑麻纤维掺量可分别降低86.8%和72.5%。复合改良时，裂隙长度主控因素为生物炭掺量，裂隙率及裂隙宽度以纤维掺量为主控因素，配比为10%生物炭+4.5‰剑麻纤维（长度20mm）的试样表面无裂隙出现。微观结构分析表明，生物炭颗粒通过表面粗糙结构与土颗粒机械咬合，其内部孔隙储存自由水；剑麻纤维非定向交错分布形成三维加筋体系，二者协同抑制裂隙扩展。
关键词：膨胀土；干缩开裂；生物炭；剑麻纤维；抗裂机制
引言
膨胀土作为一种特殊黏土，广泛分布于世界各地，其富含蒙脱石和伊利石等黏土矿物，赋予了膨胀土显著的胀缩性与裂隙性（陈爱军等，2021；汪时机等，2021）。在自然环境复杂的风、光、热等循环作用下，膨胀土湿胀干缩现象频发，大量不规则裂隙随之产生（张晗，2023）。这一特性在众多工程领域引发了严重问题，如在水利工程中堤坝因膨胀土的干缩开裂，致使结构强度降低，增加了渗漏风险，甚至可能引发堤坝垮塌等灾难性后果；在交通工程的路基边坡受膨胀土胀缩影响而滑塌，地基不均匀沉降导致路面严重破损，不仅影响道路的正常使用，还对交通安全构成巨大威胁（崔玉军等，2006）。尤其在用膨润土或强膨胀土作为污染隔离层的垃圾填埋场和核废料填埋区等关键工程中，隔离层的裂隙性犹如一颗“定时炸弹”，直接威胁到地下水的安全，一旦地下水遭受污染，将对周边生态环境和居民生活造成难以估量的危害（冷挺等，2018）。由此可见，有效控制膨胀土的干缩开裂，已成为岩土工程领域刻不容缓、亟待攻克的核心问题，关乎众多工程的长期稳定性与安全性（陈正汉等，2019）。目前，为解决膨胀土干缩开裂问题，业界尝试通过化学、生物和物理等多种方法改良膨胀土，在一定程度上实现了对其裂隙扩展的控制（Zhang et al.，2019）。然而，这些方法各有利弊。化学改良虽能在短期内取得较好效果，但可能产生有害物质，不利于环境保护，长期来看还可能对土壤生态系统造成潜在破坏。生物改良虽相对环保，但作用时间漫长，且成本高昂，在实际工程应用中面临诸多限制。相比之下，物理改良以其环境污染小、成本低且效果明显的优势脱颖而出，其中在黏土中掺入纤维和生物炭抑制土体裂隙发育的方法备受关注，（Chen et al.，2023）相关研究已取得初步成果。在利用纤维抑制土体裂隙方面，众多学者已开展了丰富研究（褚峰，2023）。Tang et al.（2012）通过添加聚丙烯纤维改善饱和粘土土样的抗裂性能，结果显示纤维对土壤干燥开裂有显著抑制作用，但纤维长度的影响并不显著。Chaduvula et al.（2017）针对聚酯纤维对膨胀土抗裂性能展开试验，发现5‰纤维含量和15mm纤维长度时改良土抗裂效果最佳。Hajjar et al.（2021）运用数字图像相关技术（DIC）和粘土环测试技术（CRT）研究植物亚麻纤维对粘土裂隙性的影响，证实亚麻纤维能大幅降低黏土的裂隙率。郝建斌等（2022，2024）则发现，在膨胀土中加入粉煤灰和剑麻纤维可显著提高其稳定性，且在探究干湿循环作用对剑麻纤维加筋膨胀土的裂隙特性影响时，表明剑麻纤维加筋土相较于素土试样的裂隙率和裂隙宽度最大减小约50%。Huang et al.（2022）对比研究玻璃纤维GF和聚丙烯纤维PF改良膨胀土的剪切强度及干湿循环下的裂隙特征，得出PF抗裂效果优于GF的结论。然而，上述研究多聚焦于饱和泥浆土样，对压实土样的裂隙特性关注较少。并且，单一材料改良膨胀土时，对干缩开裂的控制作用存在局限，因此开展多种材料复合改良膨胀土的研究具有重要的现实意义（宋泽卓等，2024；阮波等，2024）。生物炭作为一种在限氧或缺氧环境中经热解形成的富碳固态物质，具备比表面积大、离子交换能力强、低密度、高孔隙及高稳定性等独特性质。这些特性使其在改善土壤保水能力、抗侵蚀性、水力传导性和强度方面表现卓越（Anae et al.2020）。
1 材料与方法
1.1 试验材料
膨胀土取自广西南宁某城市道路工程地表以下2.5-4.0m，土体呈灰绿色，为强风化泥岩，根据其基本物理性质（表1）和颗粒分析（表2），属于弱膨胀性土。经过矿物成分分析，膨胀土黏土矿物含量为43.5%，其中亲水较强黏土矿物以30.7%的伊蒙混层矿物为主，有效蒙脱石含量约为16.6%，非黏土矿物主要为石英、钾长石、斜长石为55%。图1a为过5mm筛的风干膨胀土。通过对南宁城市道路调查发现，膨胀土边坡病害多表现为季节性的浅层坍塌和滑坡，即使边坡坡率降至1:1-1:3以下，仍然不能阻止其边坡病害发展，这可能与南宁膨胀土的独特性质有关。
表1 膨胀土的物理性质
表2 膨胀土颗粒组成
剑麻纤维平均直径0.12mm，断裂伸长率为2.1%，平均拉伸强度为564.39MPa，平均拉伸模量26.97GPa。根据文献的研究结果，剑麻纤维的最优长度为20mm，本文试验采用纤维长度分别为10mm、20mm、30mm（图1b）。
试验所用的生物炭为废弃木材通过500°C热解5小时，40°C空气干燥48h生产。生物炭表观密度0.44g·cm-3，保水率13.9%，pH值9.4。Lu et al.（2022）研究表明生物炭粒径越细，其抑制干燥裂隙的效果越好，但综合考虑工程应用的成本，本文采用的生物炭最大粒径为2mm（图1（c））。
图1 试验材料：(a)膨胀土；（b）剑麻纤维；（c）生物炭
1.2 试验仪器与装置
本文采用自制的干燥装置（图2）实时监测土体干燥过程的土体裂隙变化和水分损失，干燥装置主要由不锈钢支架、电子天平、2盏功率为500W的碘钨灯、相机、光源组成。
扫描电镜（SEM）为北京中科科仪股份有限公司生产的钨丝电子扫描纤维镜（KYKY-EM6200），放大倍率选择500~10000倍，分辨率3nm，如图3所示。
图2 干燥试验装置
图3 扫描电子显微镜
1.3 试样制备与方案设计
为模拟膨胀土路堤在实际工程中的真实工况，依据膨胀土的最佳含水量及平衡含水量，将干缩开裂试验的土样初始含水率设定为16%。制样前，首先将风干的膨胀土、生物炭以及剑麻纤维进行干拌，确保各种材料混合均匀。然后，使用喷雾器多次向混合土均匀喷洒水分，每次喷洒完成即充分拌合。拌合完成后，将混合土装入塑料袋并密封48h备用。
本文试验采用较大尺寸试样并保证压实试样在干燥过程中产生明显裂隙（避免整体收缩），试样尺寸为长×宽×高=250mm×250mm×15mm。制样时，先将称好质量的混合土料均匀倒入方形不锈钢模具中并将混合土料刮平，再把不锈钢板放置在土料表面，最后通过压力机静压成型。为便于后续对裂隙的准确识别，同时尽可能降低对土样开裂过程的干扰，在试样表面均匀撒上一层薄面粉，用于覆盖土样本身的颜色及纹理。由于面粉颗粒细小且数量少，其吸水量极少，对土中水分蒸发的影响非常有限。
根据广西南宁秋季干旱的气候条件，将干缩开裂试验的环境温度设定为25±1℃，环境湿度为50±2%。试验开始后，每隔10min利用高精度电子天平和专业相机分别采集土样的质量数据与裂隙形态图像，其中通过电子天平记录的质量可计算试样含水率的变化，相机采集的土样图像用于裂隙指标计算。经大量室内预试验反复验证，当间隔30min内土样质量变化小于0.5g时，土样表面裂隙基本不再发展变化，故以此作为试验终止标准。
本文采用了单因素试验与正交试验相结合的方法。基于前人研究成果（Lu et al.，2021；王翔等，2023），并充分考虑综合工程成本因素，确定本文生物炭的最大掺量为10%。Chaduvula et al.（2017）与郝建斌等（2024）的研究表明，黏土中纤维掺量超过5‰后，其抗裂效果反而有所下降，据此，本文剑麻纤维的最大掺量为6‰。本文所有掺量均为质量掺量。
由相关文献（Tang et al.，2012；郝建斌等，2024）可知，纤维长度对裂隙指标的影响相对较小，因此单因素试验聚焦于生物炭掺量和剑麻纤维掺量对裂隙的影响，根据文献确定纤维长度为20mm。单因素试验方案中，生物炭掺量分别为4%、6%、8%、10%，剑麻纤维掺量分别为1.5‰、3‰、4.5‰、6‰，共计8组试验。正交试验旨在全面、系统地探究各因素对裂隙指标的影响程度。本文选取裂隙长度、裂隙率以及裂隙宽度作为考核指标，以生物炭掺量（A）、纤维掺量（B）和纤维长度（C）作为主要影响因素，设计了三因素正交试验方案（详见表3），包括素土和改良土共计17组试验。虽然长度20、30mm的纤维超过了试样高度（15mm），可能导致纤维不能竖向排列，但本文不研究纤维排列方向对裂隙的影响，只要保证纤维在各个方向随机排列即可。
在干缩开裂试验结束后，从干燥的土样中选取小块试样，放入烘箱进一步干燥。随后，将其削成尺寸为20mm×20mm×5mm的薄土片，并对土样进行喷金处理，使土样表面具有良好的导电性，以便通过扫描电子显微镜获取不同放大倍数下的清晰微观结构图像。
表3 正交试验分组表
1.4 裂隙图像分析方法
为了定量分析干燥过程中试样的裂隙发育情况，本文运用MATLAB软件对土样裂隙的图片进行图像数值化处理（Chen et al.，2018；Yang et al.，2021）。处理图像的流程包括二值化、形态学处理、中值滤波、骨架提取、毛刺剔除等，数值化处理的实例如图4所示。通过上述图像处理，可计算得到土样表面的裂隙宽度、裂隙率及裂隙长度等裂隙特性指标，其中裂隙率指裂隙面积占干燥前试样表面积的百分比，而裂隙面积不包括裂隙边缘与模具间的空隙面积，裂隙宽度指裂隙的平均宽度，裂隙长度是所有裂隙的长度总和。
图4 裂隙图像处理：（a）原图；（b）二值化；（c）形态学处理；（d）中值滤波；（e）骨架提取；（f）毛刺剔除
2 试验结果与机理分析
2.1 素土与改良土的干燥裂隙演化模式
土样在干燥过程中，表面裂隙形态的发育具有其自身特征（陈爱军等，2021），图5为素膨胀土的裂隙随时间的演化过程。素膨胀土在试验开始后的60 min内即产生初始裂隙，然后逐渐形成环圈形骨架的主裂隙，主裂隙的宽度较宽导致基本穿透土层，主裂隙以贯通裂隙为主，次生裂隙从主裂隙外围衍生并不断发育，主次裂隙近似正交并将土样划分为若干个区块。Chaduvula et al.（2017）开展了膨胀土干缩开裂试验，发现初始裂隙出现在试验开始后150min，本文的裂隙出现时间是试验开始后的60min内，出现时间的不同在于他们采用饱和泥浆土样，而本文试验采用未饱和的压实土样，即土样初始含水率和饱和状态影响裂隙的发育时间。
图5 素膨胀土的裂隙发育：（a）60min；（b）120min；（c）240min；（d）480min；（e）590min；（f）1440min
图6为4.5‰剑麻纤维掺量改良膨胀土的裂隙随时间的演化。剑麻纤维改良土的土样表面只有主裂隙，没有产生次裂隙，且裂隙长度短小导致没有相互贯通，形状以直线为主，裂隙宽度较窄。相对于素膨胀土，裂隙的数量减少且宽度变窄，导致裂隙在深度方向没有贯通至土样底部，土体完整性也相应提高。Tang et al.（2012）对添加不同掺量和长度的纤维加固土干缩裂隙进行了分析，发现裂隙形态受纤维掺量的影响显著，裂隙网络不规则，大量单条直裂隙与其他裂隙不相交，这与本文结果相吻合。
图6 剑麻纤维改良土的裂隙发育：（a）60min；（b）120min；（c）240min；（d）480min；（e）590min；（f）1440min
图7为8%生物炭掺量改良膨胀土的裂隙随时间的演化。生物炭改良土的裂隙演化在土样表面四角几乎同时形成了四条斜裂隙，其中只有两条裂隙相交，裂隙窄，未穿透土样。王翔等（2023）通过生物炭改良土干缩开裂试验发现，裂隙发育密集呈龟裂状态，存在明显的主次裂隙，裂隙之间相互连接，把土样分割成大量小土块，这与本试验结果相差较大，原因与土样的初始含水率和制样方法不同有关（Yang et al.，2021）。
图7 生物炭改良土的裂隙发育：（a）60min；（b）120min；（c）240min；（d）480min；（e）590min；（f）1440min
由图5-图7可知，裂隙基本沿试样四周边界发育，说明本试验条件的裂隙分布与边界有关。宋泽卓（2024）采用剑麻纤维-聚丙烯酰胺抑制黏土开裂，试样为边长16cm的正方形（厚度1cm、2cm、3cm），土样初始状态为饱和泥浆，干燥后的裂隙分布与边界无关。由此说明，裂隙演化和分布与试样尺寸大小和初始含水率相关。
2.2 基于指数衰减模型的水分运移规律
图8为干燥过程中土样含水率随时间变化的曲线。因为含水率随时间而不断减少，图中曲线简称为含水率衰减曲线。对图中的曲线进行拟合，发现可以用指数衰减函数对土样含水率（y）与时间（x）的关系进行拟合，拟合公式为：
（1）
式中：a，b，c为拟合参数；a+c表示x为0时的初始值；b表示函数值的衰减快慢，即b越大则衰减更慢；c表示函数值无限逼近的值。不同改良土的含水率衰减曲线的拟合参数如表4所示。
图8 土样含水率衰减曲线：（a）不同生物炭掺量；（b）不同剑麻纤维掺量；（c）不同剑麻纤维长度
表4 含水率衰减曲线拟合公式的参数
由表4可知，相关系数R2大于0.998，说明公式的拟合度很高。参数a范围为14%-15.2%，参数c范围为1.76%-3.1%，而土样的初始含水率设定为16%，说明试验操作存在一定误差。生物炭掺量、纤维掺量和纤维长度均影响参数b的大小，例如生物炭掺量从4%增加10%使衰减速率系数b降低16%，且生物炭掺量4%和6%时的b值均明显大于掺量8%和10%时的b值，说明生物炭掺量较多时，土样的水分蒸发速率也相应增大，这与生物炭的多孔性有关。另外，随着纤维掺量和长度的增加，参数b也呈减小的趋势，即说明土样的含水率衰减越快。参数c范围为1.76%-3.1%，这是土样含水率的衰减极值，说明在常温下土中的水分并不会随着干燥时间的延长而完全丧失，这些没有蒸发的水分可能是土的强结合水和弱结合水，需要更高温度环境才能蒸发。
本文的含水率衰减曲线与Chen et al.（2023）的研究结果不同，可能与土样的初始含水率不同有关。本文试验的土样初始含水率均为16%，远低于土的液限42.7%。文献（Zhang et al.，2023）的土样含水率为88%，大于土的液限67.7%，所以其衰减曲线最开始为直线，含水率小于20%后的衰减曲线也与本文类似。
2.3 单掺与复掺对裂隙特性的影响
2.3.1 生物炭掺量的影响
图9为单掺生物炭改良土的裂隙长度、裂隙宽度、裂隙率与生物炭掺量的关系。由图9可知，随着生物炭掺量的增加，裂隙指标均大体呈现下降趋势。以生物炭掺量4%为例，试样裂隙长度、裂隙宽度、裂隙率相对于素土分别降低了16.3%、50.1%、58.9%，且随着生物炭掺量的继续增加，裂隙宽度在生物炭掺量8%时最小，而裂隙长度持续减少，10%掺量的裂隙率相对素土下降了86.8%，由此说明生物炭掺量对不同裂隙指标的影响规律不完全相同。Zhang et al.(2020）在高液限土和低液限黏土中添加6%生物炭时，裂隙率相对素土分别降低了22.64%和30.8%；王翔等（2023）在下蜀土和红黏土中分别添加10%生物炭，裂隙率相对素土分别降低了32.2%和增加了80.4%。由此可见，生物炭对于抑制土体干缩开裂具有明显效果，但抑制效果与土的黏粒含量、矿物成分、生物炭种类和粒径均有很大关系，不同生物炭对于不同土开裂的影响均具有其特性。
图9 生物炭掺量对裂隙的影响：（a）裂隙长度；（b）裂隙宽度；（c）裂隙率
2.3.2 剑麻纤维掺量的影响
图10为单掺剑麻纤维（纤维长度20mm）时，试样的裂隙长度、裂隙宽度、裂隙率与剑麻纤维掺量的关系。以1.5‰的剑麻纤维掺量为例，试样裂隙长度、裂隙宽度、裂隙率相对于素土分别降低了43.7%、12.7%和51.1%。而且，随着纤维掺量的继续增加，纤维对于裂隙的抑制作用进一步增强，6‰掺量的裂隙率相对素土降低了72.5%。Tang et al.（2012）在试验中发现裂隙率随纤维掺量而线性下降，素膨胀土的裂隙率高达19.26%，纤维掺量8‰时裂隙率仍有约11%。与Tang et al.（2012）的研究相比，本研究的纤维抑制开裂效果更显著，6‰纤维掺量的裂隙率仅有1.4%，这可能主要与土样的初始含水率和制样方法有关。
图10 纤维掺量对裂隙的影响：（a）裂隙长度；（b）裂隙宽度；（c）裂隙率
2.3.3 正交试验的复合改良
正交试验可获得不同因素对试验指标的影响大小，不同生物炭掺量（A）、剑麻纤维掺量（B）和长度（C）的复合改良土裂隙特性指标如表5所示。对表5的正交试验结果进行极差分析，结果如表6所示，表中ki表示影响因素某水平的均值，最小的ki值对应的水平为最优水平；R为某种因素的ki的最大值与最小值之差，即极差，R值越大，则该因素对考核指标的影响越大，R值最大的因素即为主控因素。
表5 正交试验结果
由表6可知，裂隙长度的R值大小顺序为:RA>RB>RC，即对裂隙长度的影响主次因素为：生物炭掺量>纤维掺量>纤维长度。对比ki值发现：A因素作用下，k1>k2>k4>k3，说明A因素在第3水平时，改良土的裂隙长度最小。同理，可得B和C各因素的最优水平均为第3水平。因此，当水平组合为A、B、C时，即生物炭掺量为8%、纤维掺量为4.5‰、纤维长度为30mm时，改良土的裂隙长度最短。
表6 正交试验的极差分析结果
按照上述方法分析裂隙率的影响因素主次顺序为：生物炭掺量>纤维掺量>纤维长度。当水平组合为A、B、C时，即生物炭掺量为10%、纤维掺量为4.5‰、纤维长度为10mm时，改良土的裂隙率最小。
同理，可得到裂隙宽度的影响因素主次顺序为：纤维掺量>生物炭掺量>纤维长度。当水平组合为A、B、C时，即生物炭掺量为10%、纤维掺量为4.5‰、
纤维长度为20mm时，改良土的裂隙宽度最小。
由此可见，对于不同裂隙特性指标，影响因素的主次顺序并不完全相同，但是对于裂隙指标影响最小的都是纤维长度，这与Tang（2012）和郝建斌等（2024）的研究结果一致。另外，对于复合改良膨胀土，当采用10%掺量生物炭、4.5‰掺量纤维且长度为20mm时，裂隙特性指标均为0，说明复合改良土样在干燥过程中没有产生裂隙。但是，试验中发现土样边界与模具之间存在间隙，这是土样整体收缩产生的结果。
2.4 生物炭-剑麻纤维协同抑制的微观机理
图11、图12分别为4%掺量生物炭和1.5‰剑麻纤维掺量改良土的扫描电镜（SEM）图像。
从图11a可以看出，生物炭在土中少量分布且相互隔开，生物炭和土颗粒的接触十分紧密，生物炭颗粒明显大于土颗粒，且内部存在密密麻麻的孔隙。图11b中生物炭颗粒表面粗糙，其边缘呈刀片状，片状或扁平状的土颗粒填充在生物炭内部的粗孔隙。
图11 生物炭改良土微观图像：（a）500倍；（b）5000倍
图12显示，剑麻纤维表面纵向纹理明显，在土体内部交错分布，少量纤维相互并扰，土颗粒黏结于纤维表面，在土样表面可见纤维划痕。
图12 剑麻纤维改良土微观图像：（a）50倍；（b）200倍
结合以上微观结构进行机理分析。膨胀土干缩开裂的来源是土中水分的蒸发，其蒸发量和蒸发的快慢影响土体裂隙的发育。在外部环境相同时，土中的水分蒸发仅受其内部结构的控制，在土体中添加生物炭可以改变其孔隙结构而影响蒸发过程。由于生物炭少量分布在土颗粒之间，并且填充了土颗粒聚集体间的空隙，这会弱化土中水分的迁移。而且，由于生物炭颗粒具有强大的保水能力，水分被紧密地储存在生物炭颗粒的内部孔隙中。因此，适量的生物炭可以减缓改良土的水分蒸发。但是，随着生物炭掺量的增加，多孔生物炭的相互连接可能会增加土体的水分迁移通道（Zhang et al.，2020），土中水分的蒸发率反而会增加。此外，有研究表明，生物炭还通过减少土壤表面的拉应力，占据土颗粒之间的收缩空间，以及提高土颗粒之间的抗拉强度来抑制干缩开裂（王翔等，2023）。
在土体干燥过程中，土壤内部会产生较大的吸力和拉应力，当土壤的拉应力超过抗拉强度时，裂隙便会形成。纤维与土壤之间的相互作用力，以及纤维表面的粗糙性，能够增强黏土的抗拉强度。初始裂隙形成后，借助纤维的桥接效应，纤维将裂隙两侧的土颗粒连接在一起，土体裂隙的扩张会促使纤维产生拉力，这样便能抑制裂隙的进一步扩张（Chaduvula et al.，2017），即有效阻止了细小裂隙发展成为主裂隙。在微观层面，纤维与土壤之间的相互作用完全依赖于两者的粘附力。剑麻纤维具有独特的粗糙表面纹理，这使其能够与土颗粒更紧密地结合。但是，当纤维掺量太多时，纤维在土体中交叉、错动和重叠的概率增加，这会减弱纤维的桥接效应，反而不利于其对裂隙发展的抑制作用。
生物炭和剑麻纤维复合改良膨胀土时，生物炭与剑麻纤维的协同抗裂机理主要体现在三个方面：首先，生物炭通过其多孔结构吸附水分以延缓土体的干燥过程和减少干缩应力，而剑麻纤维通过桥接作用和应力分散效应抑制裂隙的扩展，两者的协同抗裂实现了从水分调控到应力分散的全过程抑制其次，生物炭的刚性骨架支撑作用与剑麻纤维的柔性增强作用相结合，形成了一种刚柔并济的复合结构，这种结构能够有效抵抗土体在干缩过程中的不均匀变形，提高土体的整体性。最后，生物炭的孔隙填充效应和剑麻纤维的网状分布协同优化了土体的微观结构，使其在干缩过程中能够更好地抑制裂隙的产生和扩展。
3 结论
本文以南宁地区压实膨胀土为研究对象，通过系统开展室内干缩开裂试验与SEM微观结构分析，揭示了生物炭-剑麻纤维对膨胀土的协同抗裂作用机制，得到以下主要结论：
（1）单因素改良试验表明，生物炭与剑麻纤维对膨胀土干缩开裂均具有显著抑制作用。生物炭掺量10%的试样裂隙率较素土降低86.8%，6‰剑麻纤维掺量可使素土裂隙率降低72.5%。
（2）南宁压实膨胀土水分丧失呈指数函数衰减，生物炭掺量从4%增加10%使衰减速率系数b降低16%，纤维掺量及长度增大则加速水分蒸发，残余含水率稳定于1.76%-3.1%。
（3）通过三因素三水平正交试验，裂隙长度主要受控于生物炭掺量，裂隙率及宽度则以纤维掺量为主导因素。在膨胀土掺加10%生物炭+4.5‰（20mm）剑麻纤维，改良土试样表面完整无裂隙，即裂隙率、宽度及长度等指标均趋近于零。
（4）改良土的微观结构表明，生物炭颗粒表面粗糙，其边缘呈刀片状，片状或扁平状的土颗粒填充在生物炭内部的粗孔隙。剑麻纤维表面有明显纹理，在土体内非定向交错分布。生物炭通过多孔介质的水分缓释效应与土颗粒界面物理填充作用实现抗裂，纤维则通过三维加筋网络限制土体变形，两者协同抑制了膨胀土的裂隙发育。
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文章摘自：张东波,陈爱军.生物炭与剑麻纤维协同抑制膨胀土干缩开裂的试验研究[J/OL].工程地质学报,1-11[2025-12-02].https://doi.org/10.13544/j.cnki.jeg.2025-0088.
