砒砂岩遇水溃散的特性造成了内蒙古砒砂岩地区严重的水土流失。为了治理当地的水土流失和促进植被的恢复,需要采用淤地坝和植被固沙相结合的措施对其进行治理。而该地区地形千沟万壑导致交通极度不便,大规模从外面运进筑坝材料非常困难且成本过高。为了便于就地取材,本文通过对砒砂岩基本特性和溃散机理的研究找到了砒砂岩的改性方法,将砒砂岩改性成可用于淤地坝建设的坝身材料和过水材料,同时对改性材料的性能及影响因素展开了详细的研究。基于砒砂岩改性技术,研制出砒砂岩改性免烧砖并利用砒砂岩改性坝身材料在当地修建了一座小型淤地坝,初步实现砒砂岩改性材料的资源化利用。本文的主要研究内容和得到结论如下所示：(1)通过材料分析方法明确了砒砂岩的矿物组成和结构组成。砒砂岩是由石英、钠长石和钾长石等支撑颗粒物、膨胀粘土(蒙脱石和绿泥石等)和游离氧化物(三氧化二铁)等胶结物所构成的颗粒支撑渗透式结构,在此基础上建立起砒砂岩的三元结构物理模型,为砒砂岩的进一步研究奠定基础。(2)通过对砒砂岩基本性能及溃散过程的研究,揭示了砒砂岩溃散的根本原因在于自身胶结差且胶结物大部分为膨胀粘土矿物(胶结力不足以约束膨胀作用),并利用胶结指数和溃散指数评价了砒砂岩的胶结性能和溃散性能。结合三元结构物理模型及溃散试验,建立了砒砂岩遇水溃散过程的物理模型,提出了游离氧化物胶结增强改性的方法。(3)结合复合材料强度理论及土体的强度理论推导出砒砂岩强度的数学模型(fp=K×Pg×.fg+2C×(1-Pg)tan(45°+φ/2)),为砒砂岩增强胶结改性提供理论基础。通过向砒砂岩中加入适量的游离氧化物提高胶结指数和采用阳离子交换技术抑制膨胀辅助进一步降低溃散指数,实现对砒砂岩的胶结增强改性,研制出价格低廉、绿色无污染且性能满足要求(抗压强度大于1MPa,膨胀率小于5%以软化系数大于0.2)的砒砂岩改性坝身材料。(4)基于砒砂岩的矿物风化特性及规律,提出砒砂岩加速风化及激活改性方法。将砒砂岩中粘土弱胶结矿物(蒙脱石和绿泥石等)、部分钠长石、部分钾长石和添加的矿粉转化为耐水高强胶凝物质(水化硅铝酸钙、沸石和Si-Al胶体等),实现对砒砂岩的胶结增强改性。采用试验证实砒砂岩加速风化改性技术的可行性,并初步研制出砒砂岩改性过水材料,其最高抗压强度为46MPa、软化系数到达0.95。改性过水材料的反应产物为水化硅酸钙、水化硅铝酸钙、类沸石以及Si-Al胶体(地聚物)等。(5)在砒砂岩加速风化及激活改性方法的基础上,通过对砒砂岩进行高温煅烧以及添加适量表面活性剂,提高了浆体的流动性,实现了改性材料的浇筑成型,初步研制出砒砂岩改性胶凝材料,拓宽了改性材料的适用范围。并利用绝对体积法和线性拟合的方法得出砒砂岩加速风化及激活改性材料的材料组成设计方法。(6)基于砒砂岩加速风化及激活改性技术,初步研制出砒砂岩改性免烧砖缓解当地建筑用砖缺乏的局势,并在内蒙古鄂尔多斯二老虎沟建立了改性砒砂岩小型试验淤地坝。