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黄土的变形及强度与黄土微观结构密切相关。本文采用多尺度结构的研究方法，在微观上观察黄土内部细节的特点，从宏观上进行规律统计，将颗粒空间分布规律与矿物成分统一起来。通过扫描电镜(SEM)和图像处理技术，对西宁原状黄土以及石灰加固黄土的内部骨架颗粒、矿物粒度分布、团粒特征、孔隙分布特征、Ca2+元素分布的变化进行对比研究。运用分形理论，对原状黄土与石灰加固黄土中各矿物颗粒的分布进行定量化研究，探讨了石英矿物、碳酸盐矿物、硅酸盐矿物颗粒以及总颗粒的分形分布特征。由于石灰的作用，石灰加固黄土土水特征曲线难以测定，通过对土体的孔隙分布进行分析，新建了一种符合在平面状态下的土水特征曲线模型，探究了原状黄土与石灰加固黄土的土-水特征曲线之间的差异性。
研究结果表明：(1)西宁原状黄土骨架矿物颗粒明显，土体结构疏松，骨架颗粒接触多为支架接触，部分为镶嵌-支架接触；支架大孔隙含量较多。加入石灰后，骨架矿物颗粒减小，土体结构由疏松到致密，颗粒团聚程度加强；土中大孔隙含量减少，微小孔隙增多；Ca2+离子受土体表面电荷引力的作用发生移动，使石灰加固黄土比原状黄土中的Ca2+元素分布的更加均匀；(2)原状黄土与石灰加固黄土中的矿物颗粒并不符合单重分形分布特征；通过对多重分形谱f(α)和谱宽Δα的分析，两种土体中各矿物颗粒分布的不均匀程度大小依次为：石灰加固黄土的碳酸盐矿物>原状黄土的碳酸盐矿物>石灰加固黄土的石英矿物>石灰加固黄土的硅酸盐矿物>原状黄土的硅酸盐矿物>原状黄土的石英矿物。(3)根据原状黄土与石灰加固黄土的孔隙分布孔隙参数得到两种土体的孔隙分维数D分别为1.39、1.53，证明这两种黄土可以用孔径分布分形模型来表示；将实测值与新建的土水特征曲线模型进行拟合，实测点基本落在土水特征曲线的两侧，拟合效果较好。对比两种土体的土水特征曲线，在同一基质吸力条件下，石灰加固黄土比原状黄土的饱和度更大，孔径越小饱和度越大。这种差异主要是由孔隙分布特征的不同而引起的。孔隙的等效半径越小，则土样的基质吸力越大。
研究结果表明：(1)西宁原状黄土骨架矿物颗粒明显，土体结构疏松，骨架颗粒接触多为支架接触，部分为镶嵌-支架接触；支架大孔隙含量较多。加入石灰后，骨架矿物颗粒减小，土体结构由疏松到致密，颗粒团聚程度加强；土中大孔隙含量减少，微小孔隙增多；Ca2+离子受土体表面电荷引力的作用发生移动，使石灰加固黄土比原状黄土中的Ca2+元素分布的更加均匀；(2)原状黄土与石灰加固黄土中的矿物颗粒并不符合单重分形分布特征；通过对多重分形谱f(α)和谱宽Δα的分析，两种土体中各矿物颗粒分布的不均匀程度大小依次为：石灰加固黄土的碳酸盐矿物>原状黄土的碳酸盐矿物>石灰加固黄土的石英矿物>石灰加固黄土的硅酸盐矿物>原状黄土的硅酸盐矿物>原状黄土的石英矿物。(3)根据原状黄土与石灰加固黄土的孔隙分布孔隙参数得到两种土体的孔隙分维数D分别为1.39、1.53，证明这两种黄土可以用孔径分布分形模型来表示；将实测值与新建的土水特征曲线模型进行拟合，实测点基本落在土水特征曲线的两侧，拟合效果较好。对比两种土体的土水特征曲线，在同一基质吸力条件下，石灰加固黄土比原状黄土的饱和度更大，孔径越小饱和度越大。这种差异主要是由孔隙分布特征的不同而引起的。孔隙的等效半径越小，则土样的基质吸力越大。