土体收缩裂隙具有非常复杂的形成和发展过程，与干燥过程中应力应变在土体中的分布、演化规律以及孔隙水在土体中状态有关。同时，还受试验条件和试验方法的影响，如环境温度、相对湿度、土层厚度、干湿循环次数、土试样的尺寸大小和边界条件等因素。土体收缩裂隙的形成过程概括起来主要与水分蒸发、力学作用和体积收缩3个方面相关（唐朝生等，2012）。
3.3.1.1 收缩裂隙与土体中的水分蒸发
土中水分蒸发是裂隙形成的前提和诱因。Tang等（2011b）通过对初始饱和的Romainville膨胀土开展一系列干燥试验，发现土中水分的蒸发过程可分3个阶段：常速率、减速率和残余阶段，如图3.33所示。
常速率阶段土体处于饱和状态，随着土中水分的减少，土体从饱和状态过渡到非饱和状态，蒸发过程进入减速率阶段，最终进入残余阶段。当试样表面出现龟裂时，对应的临界含水率wc约为40%。从图3.33可知，此时蒸发仍处于常速率阶段，即龟裂形成时土体仍处于饱和状态。因此，Tang等（2011b）指出用临界含水率wc作为静态临界参数在描述龟裂动态特征时具有一定的局限性。
即使是初始状态相同的土体，龟裂出现时的临界含水率也不是恒定的，根本原因在于土体是一种复杂的三相多孔介质，在干燥失水过程中其内部孔隙结构、颗粒排列和接触状态都会发生相应的变化，其物理力学性质随水分蒸发不断演化。因此，龟裂形成过程具有明显的动态特征，应结合土中水分蒸发速率Re从含水率动态变化的角度分析龟裂形成过程中涉及的动力学因素（Tang等，2011b）。
3.3.1.2 收缩裂隙与土体的吸力和抗拉强度
吸力和抗拉强度是控制收缩裂隙形成的两个关键力学参数。在干燥过程中，含水率的减小会导致吸力的产生并引起土体收缩，从而会在土体中形成张拉应力场，当张拉应力的大小超过土体的抗拉强度时，裂隙便会产生（唐朝生等，2012）。研究表明，土体表面出现裂隙时对应的临界吸力受初始应力状态、总应力和有效应力路径、应力历史以及初始含水率、蒸发速率和含水率变化快慢等因素的影响。土体抗拉强度还受制样方法、测试方法、试验仪器、饱和度等因素的影响（Nearing等，1991）。
唐朝生等（2012）采用单轴拉伸法，对从相同初始状态干燥到不同含水率的Romainville膨胀土开展了一系列抗拉试验，获得了试样在干燥过程中抗拉强度与含水率关系曲线，可以看出试样表面出现裂隙时对应的临界抗拉强度约为60kPa，如图3.34所示。
图3.33 干燥过程中Romainville膨胀土含水率随时间的变化（Tang等，2011b）(www.xing528.com)
图3.34 抗拉强度与含水率关系（Tang等，2011b）
如图3.35所示为Romainville膨胀土在干燥过程中抗拉强度、含水率和吸力三者之间的变化关系，其中，脱水过程中含水率与吸力间关系采用渗析法获得。可以看出，土体的抗拉强度是含水率的函数，同样也是吸力的函数。试样表面出现裂隙时对应的临界含水率约为40%，临界吸力约为130kPa，且试样在干燥过程中的抗拉强度随吸力呈线性递增趋势。这在一定程度上解释了绝大部分裂隙都在高含水率或者高饱和度条件下形成的原因，干燥初期土体的抗拉强度相对较小，在吸力作用下容易发生开裂。当含水率进一步降低，试样表面几乎不再产生新的裂隙Tang等（2011b）。
3.3.1.3 收缩裂隙与土体的干燥收缩性
图3.35 Romainville膨胀土在干燥过程中抗拉强度、含水率和吸力三者之间的变化关系（唐朝生等，2012）
土体的干燥收缩性也是收缩裂隙形成的必要条件之一，主要受黏土矿物成分、黏粒含量及土体的结构、密度、孔隙水化学成分等因素的制约。Albrecht和Benson（2001）指出，土体的收缩应变随黏粒含量和塑性指数的增加而增加。对于压实土而言，压实度和压实含水率也是影响龟裂的重要因素。通常情况下，高压实度、低压实含水率试样的裂隙发育程度要小于低压实度、高压实含水率试样。在高含水率条件下，黏土颗粒外围包裹一层很厚的水化膜，颗粒间距较大，在干燥过程中，随着水分的蒸发，水化膜逐渐变薄，在吸力作用下土颗粒重排并逐渐靠拢，孔隙不断减小，宏观上表现为体积收缩变形。土体裂隙本质上是体积收缩的表现形式，收缩性越强，裂隙发育程度越高（唐朝生等，2012）。
土体龟裂的形成和发展过程始终伴随着土结构的变化。裂隙的扩展实际上是微观孔隙收缩的直观表现，大部分裂隙在正常收缩阶段完成发育，裂隙的发育过程反映了土体的收缩特性。收缩曲线（孔隙比-含水率曲线）可以反映土体的收缩特性。如图3.36所示给出了Romainville膨胀土的收缩曲线（唐朝生等，2011），主要由3个阶段组成：正常收缩、残余收缩和零收缩阶段。可以看出，收缩裂隙形成时试样处于正常收缩阶段。Tang等（2011b）在大量试验工作的基础上，对比分析了裂隙形成过程与体积收缩过程，发现约80%的裂隙在正常收缩阶段完成发育，剩余裂隙主要在残余收缩阶段完成发育；在含水率达到进气值点对应的含水率之前，裂隙发育速度较快，而之后速度明显降低；当含水率达到缩限时，所有裂隙停止发育，表面裂隙率趋于稳定。
图3.36 Romainville膨胀土的收缩曲线（唐朝生等，2011）
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