红色粘土是一种在世界范围内有着广泛分布的特殊土体，具有高液限，高含水量，大孔隙比，较高强度，中—低压缩性等工程特性，大量的工程建设实践活动中都有涉及到红色粘土相关的问题，运用新型的离子土壤固化剂对其进行固化处理，不仅可以使工程建设得以顺利进行，还可以节约成本，降低工程造价，具有相当的工程意义。结合导师的国家自然科学基金项目“离子土壤固化剂固化滑坡滑带土的机理研究”，这篇文章意在通过研究离子土壤固化剂水溶液在土体中的渗流规律，以及固化后土体物理力学性质的改变，进一步探索二者相互作用的机理。　　 本文研究的思路主要分为两个方面，一方面通过ISS水溶液在土体中的整个渗流过程的研究，弄清楚其自身的渗流规律，以及反应过程中的离子交换问题；另一方面对土体固化前后的物理力学性质以及微观结构和组成成分进行对比分析，建立起土体微观变化同宏观现象之间的联系。在试验过程中，通过自制的渗流试验装置，克服了粘土的低渗透性，侧壁渗流，渗透固结等问题，研究了不同入渗条件以及水力梯度下，ISS在土体中的渗流规律；并且通过土体比重，液塑限，抗剪强度的测试试验，验证了固化剂对土体的固化效果；采用创新的试验方案，对同一土柱分阶段长达30天的渗出液采集，运用等离子-原子体发射光谱，离子色谱分析了渗出液中的阴阳离子成分，研究了离子土壤固化剂同土体相互作用的离子交换过程；同时运用先进的测试手段，包括扫描电镜，原子吸收光谱，分析了土体微结构和化学成分，矿物成分，了解了土体微观层面的变化。　　 综合分析各项试验数据，本文取得的主要理论成果如下：　　 1.离子土壤固化剂水溶液在稳定流和非稳定流入渗状态下，在红色粘土中的渗流规律不符合达西线性渗流定律。在低水力梯度时，存在初始水力梯度，随着水力梯度的增大，渗流速度会加快，但增大的幅度不同。分析造成此种现象的原因，认为离子土壤固化剂水溶液在土体中渗流的过程伴随二者的相互作用和反应，土体的渗透性也是变化的，因此研究的过程中应当考虑土体和离子土壤固化剂水溶液作为共同的变量。　　 2.离子土壤固化剂通过渗透方式作用于土体后，纯水在土体中的渗透速度比原样下降约50％证明红色粘土的渗透性变小。主要原因在于粘土矿物颗粒之间絮凝，土体中孔隙变小，晶层间的结构更加的紧密，导致渗流通道减少。　　 3.离子土壤固化剂通过渗透方式作用于土体后，红色粘土的颗粒比重变化不明显，估计与试验的精度有关，尚不好做评价。红色粘土的塑性指数在作用后降低，抗剪强度增强，作用后的土体粘聚力是原样的2.35倍，内摩擦角也变成到原样的1.1倍。由此，可以证明离子土壤固化剂通过渗透方式作用于土体能起到很好的固化效果。　　 4.本文所用的红色粘土主要含的矿物成分为高岭石，伊利石，在离子土壤固化剂通过渗透方式作用后，通过土体的全量化学成分分析，土体的化学成分变化不大，主要是Si和Al元素有了少量的变化，推测反应过程中可能有Al离子替代了晶体结构中的Si离子，并且通过测算，判断出主要矿物成分变化不大。对于土体微架构的研究可以看出，纯水的渗流作用使得土体颗粒排布更为紧密，但由于化学溶蚀作用，纯水会溶解部分可溶盐，造成局部溶蚀孔洞的出现。由离子土壤固化剂通过渗透方式作用后，矿物颗粒组合的结构更为致密，土颗粒间明显出现了絮凝，粘土矿物粒团加大，孔隙减少，颗粒间胶结加强。由此从微观层面可以看出，土体微结构的改变，有利于土体力学强度的增加，进一步证明了离子土壤固化剂对土体改性的效果。　　 5.对于试验用固化剂与红色粘土之间的作用机理的研究，本文初步提出了一种新的固化剂作用机理，认为主要的作用过程是由于固化剂中含有高浓度的Na离子，在与土体充分接触后，通过浓度优势遵循阳离子交换原理，交换下土体颗粒表面吸附的Ca等高价阳离子，并且吸渗出粘土矿物晶层间的部分水分子，最后吸附在粘土矿物晶层表面，形成较为均匀Na离子吸附层，由于Na离子形成的晶体层间吸附水层比高价阳离子形成的吸附水层薄，从而有效的减小了粘土矿物晶层间的层间水厚度，使得土体矿物层间距减小，矿物的密度加大。同时，高浓度的Na离子可以促使粘土胶体颗粒发生絮凝，使得颗粒间的连结更为紧密，形成较大的粘土粒团，使得孔隙数量减少，孔径变小。最后土体吸附有机高分子聚合物，起到疏水和保护Na离子吸附层的作用，使得土体在自然条件下的改性具有持久性和稳定性。　　 6.基于上述理论，对于该种固化剂与不同土体作用存在最优配比值的机理进行了解释，认为Na离子固化土体的过程中，很重要的两点在于粘土胶粒的絮凝有浓度的临界值，高浓度的阳离子溶液会影响土体阳离子交换吸附性。因为当Na离子浓度低于粘土胶粒的絮凝临界值时，粘土胶体不会发生絮凝，虽然这个过程前期可改善土体的微结构，使得晶层间紧密，但土体颗粒间的胶结性不好，土体中依然存在大量孔隙，使得改性效果不会很明显。同时当Na离子浓度过高时，土体的电位会升高以至于吸附在土体表面的Na离子很容易被溶液中的阳离子交换下来，粘土表面比较均匀的Na离子层可能会被破坏，使得土体改性的稳定性降低。