随着时代的发展和社会的进步,尤其在沿海地区,经济迅猛发展,人类生活和生产所需要的空间逐渐扩展,对黏性土地区造成的影响是不容忽视的。在土木、能源和环境工程的实践中,孔隙水溶液的化学成分对黏性土中的力学行为也有着至关重要的影响。例如垃圾渗滤液中形成的含盐孔隙流体与高塑性黏土衬垫接触时,土壤性质的变化可能会增加黏性土衬垫的渗透性,从而导致衬垫失效。还有钻井液进入土壤而产生的油气井稳定问题。由此看来,黏性土在孔隙水化学条件变化下的物理力学性质具有重要的现实意义。由于黏性土的特殊性,其黏土矿物组成、粒度成分对于土中水的存在状态都有很大的影响,土颗粒表面吸附结合水对于黏性土稳定性有着至关重要的作用。结合水膜的厚度、性质和存在形式,直接影响了黏性土的塑性、胀缩性、电动性、强度等物理、电化学性质和力学性能。结合水含量的变化受本身的矿物成分、颗粒形态和大小的影响,还受介质的化学成分、浓度的影响。这些因素在不同的尺度上相互作用,使得黏性土最终的行为表现相当复杂,黏性土颗粒通常带负电,所以,孔隙水中阳离子变化对黏性土结合水含量以及力学行为的影响是值得深入研究的。因此,探讨孔隙水溶液阳离子变化对一定矿物组成下的黏性土吸附结合水以及力学效应的影响有十分重要的意义,并可为黏性土的力学特性和实际软土工程问题的评估提供理论基础。本文选择我国濒临黄海、东海的青岛、宁波海相黏性土为研究对象,通过孔隙水溶液中阳离子种类以及浓度的改变,从宏观和微观两层面相结合,采用试验测试和理论分析,得到黏性土吸附结合水含量的变化规律,探讨无机盐阳离子的变化对黏性土力学强度的影响。本文开展了以下几方面的工作:（1）宁波和青岛天然海相黏性土的基本物理、化学以及水理性质进行了测试分析,并对其地下水以及周围海域化学成分进行了调查,为孔隙水溶液阳离子种类及浓度的选用提供基础,确定了4个阳离子种类、5种浓度的试样制备方案,开展了两个地区共计34种黏性土试样的试验研究;（2）对加入不同阳离子种类、浓度的水溶液后的黏性土的粒度成分进行了测试,利用扫描电镜（SEM）、压汞（MIP）试验等手段对阳离子作用后的黏性土进行了微观结构以及孔隙特征的分析;（3）利用等温吸附法和热重分析法对阳离子作用后的黏性土进行了结合水含量的测定以及类型的区分;（4）对加入不同阳离子水溶液后的黏性土进行了压缩试验和三轴固结排水试验,得到其抗剪强度和压缩性参数的变化规律;（5）利用BP神经网络建立阳离子水溶液影响下黏性土的基本物理、水理以及微观参数与力学参数之间的关系模型。研究结果表明:（1）孔隙水阳离子使黏性土颗粒团聚体分散,表现为黏粒含量的增大,黏性土片状矿物以边-面方式排列,呈现絮凝结构,并且随浓度的增大,黏性土的结构逐渐紧密。宁波和青岛海相黏性土黏土矿物中占主导地位的黏土矿物为伊利石,在氯盐的弱酸性环境下,黏性土片状矿物表面携带负电荷,两端携带正电荷,根据粒度分析结合扫描电镜（SEM）、压汞（MIP）试验结果,发现阳离子的作用使水溶液中的颗粒间排斥导致团聚体分散,使黏性土砂粒、粉粒组含量减小,黏粒组含量增大,这种阳离子的作用效应整体上表现为Ca2+>Mg2+>K+>Na+。黏土颗粒向孔隙中扩散,在片状矿物间吸引力作用下以边-面式接触,呈现“扑克牌屋”式,使黏性土向絮凝结构发展,黏性土的大孔隙被填充,表现为大孔隙（4-40μm）含量减少,中孔隙（0.4-4μm）含量的增加。随着浓度的增加,黏性土孔隙形态分形维数增大,证明黏性土的空间复杂性变大。（2）黏性土中黏粒含量的增加和絮凝结构的发展是阳离子作用下黏性土结合水含量增加的主要原因。利用等温吸附法和热重分析法联合测定了黏性土的结合水含量,发现黏粒含量的升高以及絮凝结构的发展使得黏性土比表面积增大,可吸附结合水含量增多,与活动性指数A’成正比,絮凝结构也利于孔隙中留存更多的水分。根据等温吸附法得到黏土颗粒在不同阶段的结合水的质量、体积、密度、吸附水厚度等参数。发现随着阳离子浓度和阳离子交换能力的增加,吸附结合水的体积Vw、厚度h随之增大（但在弱结合水吸附阶段,水化半径越大,厚度h越小）,吸附结合水密度ρw也随之增加（强结合水吸附阶段,吸附结合水密度ρw在1.3g/cm3附近波动）,水合黏性土密度ρhc随之减小,并且浓度越大,对应降幅越大。（3）在孔隙水阳离子溶液作用下,黏粒含量、絮凝结构以及结合水含量是影响黏性土抗剪强度、压缩性重要因素。本文试验设定黏性土在一定的体积骨架下,即保持了含水率和干密度条件不变,改变孔隙水中阳离子的种类和浓度,随着结合水含量的增加和黏土颗粒排列复杂程度的提高以及黏性土结构更加紧密,排水通道不通畅,黏性土抵抗压缩变形的能力增强,表现为压缩、回弹指数的减小。黏性土可吸附的结合水含量的增大意味着颗粒间自由水和弱结合水含量的相对减少,颗粒间吸引力和结合水黏性的增加都使黏聚力的值增大,絮凝结构也使颗粒间排列更加复杂,颗粒间的接触点增加,累积效应是相加的,即阳离子浓度的增加提高了剪切阻力,表现为内摩擦角的上升。（4）利用BP神经网络建立了阳离子作用后黏性土的基本物理、水理以及微观参数与力学参数之间的关系模型。以阳离子作用后的24组试样为研究对象,选取10个代表性的工程地质参数,黏性土初始含水率、干密度、主导黏土矿物占比;阳离子种类、阳离子浓度;黏粒含量、孔隙形态分形维数;强、弱结合水含量、自由水含量等参数,将这些参数作为自变量,选取三轴剪切和压缩试验得到的黏性土抗剪强度、压缩性参数作为因变量来构建模型,反映黏性土从微观特性,理化特性到宏观力学特性的映射关系。结果表明,BP神经网络对黏性土抗剪强度及压缩性参数的预测精度较高,表现较好。