膨胀土是一种富含强亲水性粘土矿物,同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特征的特殊土。膨胀土具有“双结构”特征,它的宏观变形特性与它的内部微结构特征有着直接的关系,只有从宏观和微观两个层次综合考虑,才能真正理解膨胀土的变形规律,建立合理的土体本构模型。本文用高阶项和尺度影响因子描述微结构特征对宏观性能的影响,将高阶连续理论应用到膨胀土的研究中,结合试验研究,测试尺度因子的大小,研究微尺度影响规律。本文的主要研究内容包括:(1)假设膨胀土的微尺度影响仅需考虑体积应变梯度部分,在传统应变梯度理论的基础上,忽略偏应变梯度的影响,仅考虑体积应变梯度的影响,推导得到一个可用于研究膨胀土微尺度影响规律的简化的高阶连续理论模型。(2)基于简化的应变梯度模型,在柱坐标系中推导得到柱状结构在轴对称加载环境下以半径为变量的位移四阶微分方程,以及广义应力与半径关系,并进行数值求解,研究尺度因子对位移和应力的影响规律。同时,基于简化的应变梯度理论推导了尺度因子计算公式,为试验测试尺度因子提供了理论基础。(3)以南阳市内邓高速邓州路段膨胀土为研究对象,利用GDS空心扭剪试验仪设计了不同含水率空心圆柱膨胀土的变形试验方案,研究了参考应力和体积应变梯度对膨胀土微结构的影响规律,应用推导的尺度因子计算公式估算了不同含水率时尺度因子的数值,并对微尺度影响规律进行了分析。