十三聚铝ε-Al13是羟基铝溶液中众多铝形态的一种，具有尺寸适中、电荷较高的特点，在粘土矿物柱撑等领域具有广泛的应用，但是对于ε-Al13与粘土矿物或膨胀土的相互作用的定量分析研究却很少见。本文根据单因素法和正交试验设计研究影响ε-Al13相对含量的主要因素，并采用分子动力学模拟和室内胶结试验研究了ε-Al13与粘土矿物之间的相互作用机制以及与膨胀土的交联特性，最后通过胶结土覆盖层试验提出了用于预测膨胀土体膨胀过程的延时膨胀模型。本文的主要研究内容和成果如下:　　(1)根据Al(Ⅲ)溶液的非自发水解原理，采用碱中和滴定法合成羟基铝溶液，同时确定了部分中和的羟基铝溶液中铝形态的检测方法(特别是十三聚铝ε-Al13)与其相对含量的计算方法。　　(2)考虑羟基铝合成过程中总铝浓度、碱化度、反应温度、碱化率、老化时间等五种因素对十三聚铝ε-Al13相对含量的影响，采用单因素法确定各影响因素的代表值。根据各因素代表值选取3个水平，运用正交试验设计原理建立了9组实验方案，并以检测后的各铝形态的含量为指标进行极差分析和方差分析，最终确定合成十三聚铝ε-Al13的优化方案。　　(3)在分子模拟中，根据能量最小化原理对包括十三聚铝ε-Al13在内的不同层间阳离子的蒙脱石体系进行结构优化，研究各蒙脱石体系在层间域内不同含水量时其层间距d001的变化规律，并选取NPT系综和Uff分子力场对Na-MT、Ca-MT和Al13-MT等三种蒙脱石体系进行分子动力学模拟，对比分析各体系的层间组分的密度分布、径向分布函数、均方位移和自扩散系数，重点考察十三聚铝ε-Al13在蒙脱石层间域的层间排列模式、水化结构以及动力学特征。　　(4)采取不同的碱化度和铝土比将含十三聚铝ε-Al13的羟基铝溶液与广西某快速环道的膨胀土进行混合交联，对交联后的土样进行比重、颗粒分析、界限含水量、三轴剪切、自有膨胀率、无荷膨胀率与膨胀力等室内试验，试验结果表明，羟基铝溶液对膨胀土有较好的处治效果，并且确定了影响膨胀土的主要铝形态是十三聚铝ε-Al13。在此基础上，根据经典Gouy-Chapman扩散双电层理论探讨了ε-Al13与膨胀土交联机理，并从微观和介观的角度分析矿物晶层、粘土颗粒等与ε-Al13的相互作用机制。　　(5)选取具有合适碱化度和铝土比的羟基铝-膨胀土胶结土作为覆盖层进行覆盖层试验，通过监测下层膨胀土体不同高度或深度处的含水率、电阻率以及竖向位移等参数观察不同厚度覆盖层对膨胀土的作用效果并研究胶结土覆盖层的作用机理。以覆盖层试验为基础，提出了一种延时膨胀模型，该模型可以预测膨胀土在浸水时任意深度处的膨胀过程，包括膨胀初始、终了时间、膨胀量和膨胀力等。