合肥地区膨胀土分布广泛,膨胀土在浸水、固结等作用下结构发生显著变化,因此定量分析不同工况下土体的微观结构,特别是微观结构参数的演化过程,对解决膨胀土相关工程问题具有重要意义。本文以合肥膨胀土为研究对象,通过浸水试验、固结试验、剪切试验过程中土体微观结构的变化,定量分析土体微观结构各参数的变化规律。本文通过膨胀土的自由膨胀率试验,选择原状土、浸水3h、浸水24h、浸水72试样进行环境电子扫描试验(ESEM);在前人研究的基础上,对原状土、重塑土、石灰改良土试样分别施加200kPa、400kPa、800kPa、1600kPa压力,利用电子扫描显微镜对饼状试样竖直方向的微观结构进行扫描;同时,利用图像处理软件定量分析不同试样剪切破坏面上的微观颗粒和孔隙的结构特征。本文主要研究成果和结论:(1)通过不同浸水时间下试样的ESEM图像,发现合肥膨胀土颗粒间的接触形式、排列方式等结构特征是诱发土体膨胀的重要原因之一。(2)合肥膨胀土的颗粒和孔隙在统计学理论上具有明显的分形特征。在三维空间,通过ArcGIS软件中的三维模块,利用图像灰度值建立三维模型分析不同工况下颗粒的分形维数,表明:随着浸水时间的增加,颗粒分形维数逐渐减小;随着固结压力的增大,在一定范围内,分形维数与固结压力呈线性关系。(3)颗粒和孔隙的微观结构定量化参数在浸水、固结、剪切试验的不同阶段具有不同的规律,如随着固结压力的增加,颗粒的概率熵、圆形度、形状系数先增加再减小。与二维平面空间的全局阈值分析微观结构参数变化规律相比,本文通过三维孔隙率反算二维空间二值化阈值与实际更接近。