黄土材料特性一直是黄土工程地质领域经久不衰的研究热点。疏松多孔的微观结构使得黄土地层中水气热运动十分活跃,非饱和黄土中质能转移的同时也伴随着水气的运移和转化。这种质能的转移对于具有湿陷性、水敏性和弱胶结的黄土来说,在很大程度上决定着黄土体的结构强度,从而往往构成各类黄土工程病害的隐患。鉴于此,本文紧紧围绕黄土水、气、热的传导特性及其热湿运移开展了一系列试验,研究的主要内容及获得的成果主要包括:1)以延安新区完整的马兰黄土剖面为研究对象,采用变水头渗透试验测定了黄土样品饱和水平向渗透系数(K_h)和饱和垂直向渗透系数及其随空间和时间(t)的变化。黄土的K_h和K_v结果表明,在空间和时间上表现出渗透各向异性,不同深度的K_h和K_v值随着渗透时间的增加而减小。K_h-t呈幂函数下降趋势,K_v-t呈线性下降趋势。黄土的K_h和K_v值随深度的增加呈指数衰减趋势。对黄土初始状态和微观形态特征的分析表明,黄土颗粒在沉积过程中的取向具有各向异性的固有特征。2)调查研究了延安马兰黄土不同埋深垂直向和水平向颗粒团聚体择优取向的各向异性特征。采用Arc Gis矢量化工具导出垂直向和水平向固化切片试样(各5组)扫描电子显微镜(SEM)照片的颗粒团聚体定量信息,并统计分析了粘土颗粒团聚体的圆形度变化、各向异性率(反映土体定向性)以及概率熵/排列熵(评价土壤颗粒团聚体定向的有序程度)。结果表明:水平向颗粒团聚体择优取向的方位角范围大约在130°-150°之间(N40°W-N60°W),而垂直向颗粒团聚体择优取向基本平行于地平方向,且埋深越深越显著;黄土中的团聚体以圆形颗粒为最多,而随着埋深的增加,土体的各向异性率均呈增大的趋势,排列熵在水平向变化不大但在垂直方向则有所降低,垂向颗粒团聚体排列的定向性要好于水平向。对微观各向异性与颗粒团聚体择优取向的关系进行了讨论。结果表明,当低于最优含水率时,各向异性指数随含水率的增加而缓慢增大,而颗粒团聚体有序度较低;当处于最优含水率右侧时,颗粒团聚体具有明显的各向异性和有序性。3)通过渗透试验结合文献调研,将KC方程应用于重塑马兰黄土导水系数预测的有效性进行了分析评价,从比表面积与液限的关系出发,给出了粘性土比表面积估算方法。结果表明,基于比表面积和有效孔隙比估算算法的KC方程能够很好的预测重塑黄土饱和导水系数。实测Ks与预测Ks之间的差异可能是由于重塑试样的均匀性、测试过程控制不足以及比表面积和孔隙比的误差所造成的。4)改进了一种瞬态真空衰减渗气仪,通过试验表明该仪器可以成功地用于原位和室内渗气率测试。原位及室内原状渗气率测试结果表明,原位较室内原状黄土渗气率测试略小,但二者具有良好的1:1线性关系;三个场地原位测试的渗气率都随深度的增加而较小,西安黄土渗气率最好,延安黄土次之,黑方台最差;两种尺寸的室内原状测试结果显示,室内原状测试的尺寸效应不显著;原状黄土的渗气率值均随埋深增加而逐渐减小,渗气率随着初始干密度、初始含水率的增大而减小,随着孔隙比、充气孔隙度的增大而增大;采用YO模型室内原状黄土的渗气率偏低;重塑黄土渗气率结果表明:干密度ρ_d=1.60 g/cm~3可能为重塑黄土渗气率的一个转折点。当ρ_d<1.60 g/cm~3时,三种土在最优含水率附近,渗气率较大,超过最优含水率,含水率的微小增加会导致渗气性的迅速下降;当ρ_d≥1.60 g/cm~3时,随含水率的增大,渗气率减小。增减湿路径下,达到相同饱和度时,多阶步增湿下的渗气率一般小于少阶步增湿的渗气率。渗气率与饱和度、孔隙度之间具有良好的幂函数关系,相关系数R~2均达0.90以上。另外,渗气率与饱和导水率可以用幂函数描述,参数α、β与干密度ρ_d均可以表示为二次多项式函数关系,且相关性程度较好,相关性系数分别达为0.788和0.821。5)使用Lambda Netzsch HFM 446热流计对重塑黄土热参数进行了试验研究,结果表明:随含水率和干密度的增大重塑黄土的导热系数和比热均增大,且导热系数、比热均与含水率和干密度具有良好的曲面拟合关系,且相关性良好。当含水率一定时,土的干密度越大,其结构越紧密,导热能力越好,导热系数越大;当干密度一定时,土的含水率越大,蓄热增强,比热越大。最后,对土壤导热系数、比热的计算模型进行了比较和评价。6)为了研究温度梯度作用下黄土热湿运移规律,开展了恒温环境试验箱进行土柱试验研究,并通过数值模拟对非饱和黄土的湿热运移进行了初步探讨。结果表明:在20-5°C温度差作用下,土柱不同位置温度随时间变化均呈先快速减小,距离热源越远,达到温度平稳期所需的时间越长,4天之后土柱各位置温度随时间变化基本趋于稳定。试验初始阶段,土柱顶部含水率降低,底部含水率升高,约12 hr后,含水率变化速率放缓,迁移时间越长,土壤中水、汽运动越充分,含水率逐渐趋于稳定。7)通过数值模拟对湿热运移的非饱和黄土边坡效应进行了初步探讨,结果表明:与温度场相比,湿度场对边坡的影响更为显著。但由于温度梯度的存在在很大程度上决定着非饱和黄土边坡中的湿热运移过程,进而对边坡的湿度场起着十分重要的决定作用,由此可见温度条件本质上是通过影响湿度场的分布而对非饱和边坡的稳定性发挥影响。