黏粒含量对土体的液塑限、强度、渗流、稳定性等宏观物理力学性质有重要影响。目前国内外相关土工规范对土体颗粒粒组划分是根据颗粒几何尺寸大小来划分,比如我国规范常把粒径小于5μm的颗粒划分为黏粒组。然而,按纯几何尺寸来划分粒组,难以根据粒组的成分(比例)评价土体工程性质。例如,微小石英颗粒不显粘聚力,而摩擦效应明显;相对较大的蒙脱石颗粒则具有显著粘聚力和极小的内摩擦角。为综合考虑颗粒矿物成分和几何尺寸影响,本人所在研究团队提出了颗粒粒径的能量尺度划分准则,即通过颗粒之间的微观作用力(库伦力和范德华力)与颗粒重力之比(微重比)的大小来划分颗粒类别,确定颗粒间产生粘聚效应和摩擦效应的颗粒界限尺寸,由颗粒类别便可以判断出其对土体的工程特性的影响。目前,本团队成员已基于球状颗粒假设对不同矿物的微重比随矿物成分和颗粒粒径的大小变化特征进行了研究;但所计算的微重比不能很好地反映矿物成分和颗粒粒径对黏性土力学特性的影响;另外,所采用的微重比公式只考虑库仑力的作用,没考虑到范德华力的作用,而在粒径非常小的时候(在纳米级别时),范德华力的作用影响很大且不可忽略。本文将在前人的基础上,进一步研究颗粒矿物成分和几何尺寸对土力学特性的影响,然后采用新的计算方法(原有的计算方法采用双电层计算,可称为双电层法),将按片状颗粒模型计算微重比和重新按球状颗粒模型计算微重比,并考虑了范德华力和库仑力作用。比较两种模型计算的微重比,得到不论采用片状颗粒模型还是球状颗粒模型,能量尺度的规律性不变的特征的结果。也比较球状颗粒和片状颗粒的公式推导方式,发现片状颗粒模型计算的微重比会比按球状颗粒计算的微重比更加简便、精度更高。本文的主要研究工作和取得的研究结论如下:(1)通过试验研究发现,相近几何粒径的三种矿物成分为蒙脱石、伊利石和高岭石的土体具有不同的塑限特性、渗透特性和强度特性。矿物成分是影响土体工程性质的主要因素,矿物颗粒粒径对土体性质也有很大的影响,表现为随着颗粒粒径的减小,土体的液塑限值随之增大和渗透系数随之减小,并且在同一竖向荷载作用下,随着颗粒粒径的减小,土体的抗剪强度有所增大。(2)相对于原有微重比的计算,重新按球状颗粒模型计算的微重比,更能说明矿物成分和颗粒粒径对黏性土力学特性的影响情况。(3)采用新的计算方法,不论是片状颗粒模型还是球状颗粒模型,计算的微重比结果都显示,除非粒径非常小(纳米级别)或非常大(粒径大于200?m时),否则库仑力的微重比要远大于范德华力的微重比,即库仑力微重比起控制作用。(4)采用新的计算方法,不论是片状颗粒模型还是球状颗粒模型,能量尺度的规律性均一致,即不同矿物微重比随颗粒粒径关系曲线变化一致,不同矿物的黏性土具有很好的区分度,都能比较合理地反映颗粒粒径和颗粒矿物成分对微观作用力的影响。而片状颗粒模型公式推导比球状颗粒模型简便,而且黏土颗粒一般为片状,所以采用片状颗粒模型计算结果精度更高。