膨胀土遇水膨胀、失水收缩,是一种特殊的灾害性粘土。在膨胀土地区修建铁路和公路时,通常需要将路堑施工中开挖出的膨胀土进行改良后用作为路堤填料。然而,现有对膨胀土的改良方法通常以物理改良和化学改良为主。主要是通过掺加水泥、石灰、粉煤灰、离子固化剂、生物酶和橡胶颗粒等方法抑制膨胀土的亲水性和胀缩性以达到改良之目的。这些传统改良方法不但费工费时,也对施工环境造成了严重的污染,而且改良效果也不一定理想。因此,工程上企盼能找到一种结合路堤填筑施工过程的更加环保、经济的改良填筑膨胀土的新方法。近年来,随着微生物岩土工程技术的发展,采用微生物技术改良软土的相关研究取得了可喜的进展。本文依托国家自然科学基金资助项目“膨胀土非线性流变特性”（项目编号:50978097）,开展了基于MICP技术改良填筑膨胀土物理和力学特性的试验研究。通过对比试验研究和理论分析,探明了微生物矿化过程对膨胀土的亲水特性、胀缩特性、强度和变形特性等影响规律,并揭示了其相应的影响机理。同时,对微生物在膨胀土中的矿化作用机制和改良效果进行了深入的探讨和分析。最后,基于邓肯-张本构模型,对改良填筑膨胀土的强度和变形特性开展了进一步研究,并确定了相关的模型参数。本文所开展的主要研究工作及取得的主要研究结论如下。1、开展的主要研究工作1)对广西南宁道路工程路堤填筑膨胀土试样进行了基本物理性质试验,并依据微生物实验规范对微生物在室内培育、快速繁殖和矿化环境优化等开展了研究。2)对微生物改良填筑膨胀土开展了一系列亲水性和胀缩特性试验研究,包括击实试验、界限含水率试验、标准吸湿含水率试验等。对MICP技术改良膨胀土的作用机理和效果进行了探索和分析。采用微生物菌液分多次喷洒-风干的处治方法对膨胀土进行改良,并综合考虑微生物活性、菌液浓度、矿化效率和膨胀土压实的最佳含水率等因素,确定试验研究中微生物的最佳掺量和膨胀土用水量。3)对微生物改良填筑膨胀土进行了自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率试验以及干-湿循环变化下的高压固结试验,研究了不同微生物含量（MICP处理次数）对膨胀土胀缩特性的改良效果及其影响机理。4)对微生物改良填筑膨胀土进行了直接剪切试验和常规三轴压缩试验,研究了微生物改良膨胀土的强度和变形特性,探讨了微生物含量对改良膨胀土抗剪强度指标的影响及其对膨胀土强度的改良效果。5)基于邓肯-张本构模型,分析了微生物含量对邓肯-张模型参数及填筑膨胀土试样初始变形模量和极限偏应力的影响,并对MICP技术改良膨胀土的强度和变形特性进行了进一步的研究。2、取得的主要研究结论1)为了解决微生物活性、菌液浓度和矿化效率等因素与膨胀土压实所需的最佳含水率之间的矛盾,提出了对微生物菌液分多次喷洒-风干的膨胀土改良处治方法。提出了通过补充钙盐和控制菌液浓度及用量,很好地改善了微生物在膨胀土中的矿化环境。2)通过击实试验、界限含水率试验及标准吸湿含水率试验等试验研究发现,随着微生物含量的增加,改良后膨胀土的液塑限、塑性指数、最大吸湿含水率均明显降低。研究结果同时也表明,改良后膨胀土的亲水性得到了有效的抑制,土样由改良前的高液限土变成了改良后的低液限土。3)通过自由膨胀率、无荷膨胀率、有荷膨胀率以及干-湿循环变化下的高压固结等一系列胀缩性试验研究,发现随着MICP处理次数（微生物含量）的增加,改良后膨胀土的膨胀率和收缩率均明显降低。土样由改良前的中等膨胀土变成了改良后的非膨胀土。4)通过直剪和常规三轴固结排水剪试验研究,发现改良后膨胀土的强度指标（粘聚力c和内摩擦角φ）均明显改善。且随着微生物含量的增加,试样破坏时的偏应力增大,即抗剪强度提高。与此同时,改良后土样的应力-应变曲线呈现为应变硬化型。5)基于邓肯-张本构模型,对MICP改良填筑膨胀土进行了模型参数拟合,通过分析确定了相关模型参数。研究发现,在围压相同情况下,随着微生物含量的增加,模型参数a和b的值均逐渐减小,参数K和n的值均逐渐增大,亦即其初始变形模量Ei及极限偏应力（σ1-σ3）ult均逐渐增大,说明改良后膨胀土的破坏强度得到提高。6)试验研究和模型分析,均可以发现,在采用MICP技术改良膨胀土的过程中,微生物菌液用量（即处理次数）存在一个最佳值。本文研究中,当填筑膨胀土经过6次微生物菌液处理后,其各项物理、力学指标均可达到最佳的改良效果。综上所述,本文基于MICP技术,对改良前后填筑膨胀土的物理、力学特性开展了对比研究。通过研究,探明了微生物含量对填筑膨胀土改良效果的影响规律,并揭示各种因素对填筑膨胀土各物理、力学性质指标改良效果的影响机理。基于邓肯-张模型理论,建立了改良填筑膨胀土的本构关系修正模型,并确定了相关的模型参数。本文研究成果为采用微生物技术改良填筑膨胀土奠定了试验研究基础。