随着煤矿开采深度的增加,深部地质环境愈加复杂,软岩工程灾害频发,这给软岩工程问题研究提出了严峻的挑战。软岩之所以不同于普通岩石是因为其内部含有大量的黏土矿物成分,由于黏土矿物微结构的特殊性,在复杂应力状态下尤其是遇水后会发生膨胀、崩解作用,导致其力学性能大幅度下降。目前对软岩大变形问题的研究多集中在变形特征及原因、工程力学性质和工程支护技术等宏观方面,然而,国内外的研究学者对其微观变形及破坏机理却知之甚少。本文以高岭石类矿物和蒙脱石作为研究对象,高岭石类矿物属于非胀缩性黏土矿物,而蒙脱石是膨胀性黏土矿物的典型代表。黏土矿物由于其特殊的结构特点以及广泛的应用,其结构和力学特性受到了广泛的关注,但是关于其微观力学特性的分子动力学研究仍然存在很多方面的工作需要补充和完善。本文在总结国内外研究现状的基础上,形成了本论文的主体框架:（1）高岭石是黏土矿物最主要的成分之一。在高岭石保持晶体结构的温度区间内,对高岭石的拉伸力学性能进行分子动力学模拟,研究了高岭石在不同温度下微结构的变形和破坏机理以及各向异性力学性能的温度效应。由于自然界中的黏土矿物存在大量的缺陷,因此我们考虑了本征缺陷高岭石的温度效应,揭示了缺陷位置、类型、密度对其力学性能的影响。（2）高岭石类矿物中最常见的是高岭石和埃洛石。基于埃洛石的模型研究了 7、8.6和10 A水合高岭石的微观结构和各向异性力学特性,分析了层间水对高岭石力学性质的影响规律,从微观角度还原了晶体在拉伸和压缩状态下变形及破坏的过程。同时考察了水合高岭石微观结构和力学性质的温度效应,并揭示了水分子与高岭石片层之间的相互作用机理。（3）膨胀性黏土矿物吸水膨胀是导致岩石强度软化的主因。以钠蒙脱石为研究对象,从分子尺度还原了蒙脱石吸水膨胀与崩解的过程。利用Voigt-Reuss-Hill近似计算了蒙脱石的宏观弹性模量,研究了无机盐水溶液对蒙脱石力学性质的影响,确定了四类无机盐的最佳浓度范围,与实验结果进行了对比,并对水溶液抑制蒙脱石水化作用的机理进行了全面的分析。（4）影响黏土吸水膨胀程度的关键因素是层间阳离子的类型。对四种不同层间补偿阳离子（Na+,K+,Ca2+,Mg2+）的蒙脱石进行了模拟,研究了层间阳离子和黏土片层之间的相互作用,通过应力应变曲线等的区别揭示了蒙脱石结构的内部特征及力学性质与层间补偿阳离子类型之间的关系,并且与无类质同象取代的叶蜡石的结构特征和力学性质进行了对比。本文利用分子动力学方法对黏土矿物的微观力学性质进行研究,探查黏土矿物在不同受力状态及不同条件下微结构的变形及破坏机制,计算相关的力学参数,得到材料弹塑性转变及破坏时的临界应力、应变等。根据实际工程情况,考虑温度及水对黏土矿物结构和力学性能的影响规律,同时也结合自然界中黏土矿物存在的实际情况,考虑了缺陷和类质同象取代的问题。本文旨在探索宏观软岩大变形的机理性解释,微观结构的信息会在很大程度上提升人们对原子级别形变过程如何影响黏土矿物变形和破坏的认知。