黄土在我国分布广泛,随着我国经济建设的逐步推进,高速公路、高速铁路、机场等重大工程项目中以压实黄土作为路基、基础的工程不断涌现,为保证运营中的舒适性和安全性,这些工程项目对压实后黄土的强度、变形等工程力学性质提出了更高的要求。广泛分布于我国的黄土中粉土所占比例最高,其中粉粒质量占总颗粒质量的50%以上,因而其性质主要受土体中粉粒的性质控制。压实黄土状粉土作为一种重塑土,其性质既受到其原材料黄土状粉土性质的影响,具有黄土、粉土的一些特殊性质,又在重塑过程中受到人为因素(含水量、压实功、压实方法等)的影响而导致其性质发生改变,而具有与原状黄土不同的物理力学性质。本课题在国家自然科学基金和山西省优秀研究生教育创新基金的支持下,借助现代测试技术对采集自山西省的典型黄土状粉土颗粒的成分、形貌和纳观力学特性以及压实后土体的变形、强度、承载比特性和微观结构进行测试,对压实过程中黄土状粉土中土-水-气三相相互作用的机理进行了分析,从而为实际工程中压实黄土状粉土的设计、施工、运营、灾害治理及防治等各环节提供理论依据。主要研究成果归纳如下:(1)通过对在不同条件下(初始含水量、压实功)压实的黄土状粉土的变形、强度、承载比在浸水和不浸水条件下进行测试,当压实功一定时,土体的强度、承载比在不浸水条件下随着含水量的增大而减小,压缩变形随着含水量的增大而增大;在最优含水量干侧压实的土样的强度和承载比在浸水条件下急剧下降,压缩变形急剧增大;浸水条件下在最优含水量附近压实的土样的力学性能最高;相同含水量时,采用较高压实功时,可提高土体的密实度,也可对土体的力学性能有一定的提高。(2)基于扫描电子显微镜测试技术的基本原理和岩土材料的特殊性质,经过反复试验,得到一种保持土样原始结构的SEM测试试样制备方法,研制出一套用于制备SEM测试试样的真空浸泡装置,并确定了适用于不同孔隙比土体浸泡的液体材料及配比,解决了土体颗粒间黏性弱,制样时土体结构易扰动的难题。(3)采用扫描电子显微镜测试技术对压实黄土状粉土的微观结构进行了研究,土体的结构随着压实初始含水量的变化而变化,在最优含水量干侧压实的土样,粉粒相互穿插支撑形成骨架颗粒,黏粒相互黏连形成团粒并黏附于粉粒表面,孔隙尺寸较大,且呈长条形相互连接的孔隙较多;当在最优含水量附近或湿侧压实时,粉粒相互支撑形成土体骨架,黏粒填充于由粉粒形成的孔隙中,作为胶结物将骨架颗粒紧密连接或在较松散区以“桥”的形式将骨架颗粒连接起来。在最优含水量附近压实的土体的孔隙率最低且连通孔隙含量较少。通过提高压实功可以降低压实后土体的孔隙率。(4)本文试验黄土状粉土中粉粒含量达80%以上,采用X射线衍射技术和X射线能谱技术测得对其主要矿物组成为石英、长石、白云母、绿泥石、方解石,采用扫描电子显微镜测试技术对土体中粉土颗粒的几何形状进行了定量分析,颗粒总体形状以棱角状和次棱角状为主,颗粒整体偏长,圆状和近圆状颗粒所占比例较小。不同矿物组成的颗粒形状亦不相同。(5)采用新兴的纳米压入测试技术对黄土状粉土中的颗粒的纳米尺度的硬度与弹性模量进行了测试,得到了不同成分的颗粒的抗拉强度(压裂强度),绿泥石、云母为0.20-0.58 GPa,颗粒状方解石为0.98-1.38 GPa,长石为1.46-1.92 GPa,石英为2.68-2.90 GPa。(6)采用纳米压入测试技术分别对被轴向压缩和平面外弯曲的白云母试样的纳观力学性质进行了测试,得到白云母的力学特性随不同预应力、预应变的变化规律,可为研究层状结构颗粒(特别是黏土颗粒)受应力历史、上覆土压力或压实时的压实力影响的强度、变形行为提供基础研究数据。(7)基于对黄土状粉土颗粒性状、压实黄土状粉土的微观结构特点,通过理论分析得到黄土状粉土压实过程中土体颗粒的变形行为及土中水的作用,建立了黄土状粉土的压实概念模型,并利用该模型对压实黄土状粉土的力学性质的变化、水敏性发生的机理进行了阐释。可为实际工程中压实黄土状粉土的压实参数的选取及施工阶段压实质量控制提供理论依据。