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随着我国“一带一路”战略的部署，东亚、西亚和南亚等盐渍土集中的区域成为了岩土工程迅速发展的热土，但是由于盐渍土物理力学性质的特殊性，使得在这些盐渍土地区兴建的各项岩土工程都存在工程造价高、工期长的问题，有时甚至会发生重大工程事故，这就迫切需要对盐渍土的物理力学特性进行更细致更深入的研究，以确保工程安全和投资合理。
本文以高纯度纳米高岭土为研究对象，利用自然界中常见的两种盐(氯化钠和氯化钙)来模拟工程实践中不同的盐环境(不同盐类型／价态和不同盐浓度)，对不同盐环境下高岭土物理力学特性进行多尺度的研究，主要内容包括以下几个方面：
(1)从原子／分子的尺度阐明了高岭土颗粒间相互作用力的本质来源及影响因素，利用原子力显微镜(AFM)测量了不同盐环境中高岭土颗粒与AFM探针之间的相互作用力，结合DLVO理论对高岭土体系进行了稳定性分析。试验结果表明在低盐条件下(Zeta电位＜-30mV)，颗粒间的DLVO力为排斥力，在这种情况下高岭土颗粒相互分散，体系相对稳定。随着离子强度的升高，高岭土颗粒的Zeta电位升高(-30～-15mV)，颗粒间的DLVO作用势达到第二最小能量值，高岭土体系开始脱稳。当Zeta电位＞-15mV时，高岭土颗粒之间的DLVO作用势突破能量壁垒达到第一最小能量值，颗粒间相互吸引形成稳定且相互“独立”的密实团聚体，高岭土体系完全失稳。
(2)在AFM敲击模式下对不同盐环境中高岭土团粒的微观结构进行标准成像及高分辨率原子晶格成像，结合(1)中测量得到的颗粒间相互作用力对不同盐环境中高岭土不同微观结构的形成原因进行了分析。研究结果表明在本文试验条件下(pH=5.6)，高岭土的硅面带负电，铝面带正电，所以不同高岭土颗粒的硅面和铝面之间首先会相互吸引，使得FF结构在任何盐环境下始终存在。又因为在此pH条件下高岭土颗粒边缘带正电，所以带正电的边缘会与带负电的硅面相互吸引形成EF结构。在低盐环境中，由于颗粒间DLVO力为斥力，高岭土颗粒面面相斥而边面相吸，使得EF结构是最不稳定的一种结构。在高盐环境中，颗粒间双电层斥力减小，范德华引力起主导作用，颗粒间面面相吸形成稳定的FF结构，而EE则是由EF向FF转变的中间状态。
(3)对不同盐环境中的高岭土悬浮液进行批沉降试验，基于(1)和(2)的研究成果和对悬浮液理化性质(如团聚体尺寸，浊度等)的测量，深入分析了不同盐环境中高岭土沉降行为的微观机理。研究结果表明在低盐条件下高岭土颗粒间排斥力较大，团粒尺寸小，受重力影响较小，高岭土悬浮液沉降速度慢，表现为分散自由沉降，所以上清液中的高岭土含量较多，浊度大，而由于重力作用沉降的EF和EE团粒会在量筒底部形成三维卡片房子，使沉积的高岭土形成具有空间连续的网状结构，表现出较高的最终沉积高度与强烈的正触变性。在高盐条件下高岭土颗粒间吸引力增大，团粒尺寸大，受重力作用明显，高岭土悬浮液沉降速度加快，表现为团聚区域沉降，所以上清液中高岭土的含量低，浊度小，而沉降在底部的高岭土EE和FF团粒之间可形成相互独立的，结构紧密的聚集体，使沉积的高岭土具有较为密实的空间结构，表现出较低的最终沉积高度，这种情况下高岭土体系中的网架结构连接减弱，使高岭土体系触变性减小。
(4)测试了不同含盐量高岭土的宏观物理力学特性，包括击实性、抗剪强度、压缩性、剪切波速(小应变剪切模量)和导热性，并利用(1)，(2)和(3)的研究成果对含盐高岭土的宏观物理力学行为进行深入的微观机理研究。研究结果表明盐份对高岭土颗粒的聚集作用会使颗粒间距变小，土体中析出的盐份也会在土孔隙中起“填料”的作用使土体更加密实，因此含盐土在宏观上表现为密实度更大，剪切波在其中的传播速度也更快，但是由于盐份会促使土颗粒形成相对“独立”的密实团聚体，破坏土体的结构性，使土体的压缩性增大而导热性减小。此外，本文还首次提出了针对盐影响土的小应变剪切模量(G0)和热传导系数(K)模型，通过理论值与实测值的比较，验证了本文模型的准确性与适用性。
本文以高纯度纳米高岭土为研究对象，利用自然界中常见的两种盐(氯化钠和氯化钙)来模拟工程实践中不同的盐环境(不同盐类型／价态和不同盐浓度)，对不同盐环境下高岭土物理力学特性进行多尺度的研究，主要内容包括以下几个方面：
(1)从原子／分子的尺度阐明了高岭土颗粒间相互作用力的本质来源及影响因素，利用原子力显微镜(AFM)测量了不同盐环境中高岭土颗粒与AFM探针之间的相互作用力，结合DLVO理论对高岭土体系进行了稳定性分析。试验结果表明在低盐条件下(Zeta电位＜-30mV)，颗粒间的DLVO力为排斥力，在这种情况下高岭土颗粒相互分散，体系相对稳定。随着离子强度的升高，高岭土颗粒的Zeta电位升高(-30～-15mV)，颗粒间的DLVO作用势达到第二最小能量值，高岭土体系开始脱稳。当Zeta电位＞-15mV时，高岭土颗粒之间的DLVO作用势突破能量壁垒达到第一最小能量值，颗粒间相互吸引形成稳定且相互“独立”的密实团聚体，高岭土体系完全失稳。
(2)在AFM敲击模式下对不同盐环境中高岭土团粒的微观结构进行标准成像及高分辨率原子晶格成像，结合(1)中测量得到的颗粒间相互作用力对不同盐环境中高岭土不同微观结构的形成原因进行了分析。研究结果表明在本文试验条件下(pH=5.6)，高岭土的硅面带负电，铝面带正电，所以不同高岭土颗粒的硅面和铝面之间首先会相互吸引，使得FF结构在任何盐环境下始终存在。又因为在此pH条件下高岭土颗粒边缘带正电，所以带正电的边缘会与带负电的硅面相互吸引形成EF结构。在低盐环境中，由于颗粒间DLVO力为斥力，高岭土颗粒面面相斥而边面相吸，使得EF结构是最不稳定的一种结构。在高盐环境中，颗粒间双电层斥力减小，范德华引力起主导作用，颗粒间面面相吸形成稳定的FF结构，而EE则是由EF向FF转变的中间状态。
(3)对不同盐环境中的高岭土悬浮液进行批沉降试验，基于(1)和(2)的研究成果和对悬浮液理化性质(如团聚体尺寸，浊度等)的测量，深入分析了不同盐环境中高岭土沉降行为的微观机理。研究结果表明在低盐条件下高岭土颗粒间排斥力较大，团粒尺寸小，受重力影响较小，高岭土悬浮液沉降速度慢，表现为分散自由沉降，所以上清液中的高岭土含量较多，浊度大，而由于重力作用沉降的EF和EE团粒会在量筒底部形成三维卡片房子，使沉积的高岭土形成具有空间连续的网状结构，表现出较高的最终沉积高度与强烈的正触变性。在高盐条件下高岭土颗粒间吸引力增大，团粒尺寸大，受重力作用明显，高岭土悬浮液沉降速度加快，表现为团聚区域沉降，所以上清液中高岭土的含量低，浊度小，而沉降在底部的高岭土EE和FF团粒之间可形成相互独立的，结构紧密的聚集体，使沉积的高岭土具有较为密实的空间结构，表现出较低的最终沉积高度，这种情况下高岭土体系中的网架结构连接减弱，使高岭土体系触变性减小。
(4)测试了不同含盐量高岭土的宏观物理力学特性，包括击实性、抗剪强度、压缩性、剪切波速(小应变剪切模量)和导热性，并利用(1)，(2)和(3)的研究成果对含盐高岭土的宏观物理力学行为进行深入的微观机理研究。研究结果表明盐份对高岭土颗粒的聚集作用会使颗粒间距变小，土体中析出的盐份也会在土孔隙中起“填料”的作用使土体更加密实，因此含盐土在宏观上表现为密实度更大，剪切波在其中的传播速度也更快，但是由于盐份会促使土颗粒形成相对“独立”的密实团聚体，破坏土体的结构性，使土体的压缩性增大而导热性减小。此外，本文还首次提出了针对盐影响土的小应变剪切模量(G0)和热传导系数(K)模型，通过理论值与实测值的比较，验证了本文模型的准确性与适用性。