黏土以黏土矿物为主要成分,在复杂的物理化学作用下,黏土宏观上表现出低渗透特性。从微观的角度来看,黏土颗粒细小,其排列组合形成了黏土特有的结构,也形成了黏土体中大量微小的孔隙,且黏土颗粒表面又具有较强的活性,通过微观作用力将水分子吸附到颗粒表面形成吸附水层,增大孔隙水的流动阻力。这种影响在大孔隙中影响较小,但是在微小孔隙中不能忽略,有着明显的孔隙尺寸相关性,影响着黏土的宏观渗流特性,称之为低渗透性黏土渗流的尺度效应。本文分析了低渗透性黏土孔隙尺度的分布特性,以及微观作用力和孔隙水黏滞性之间的关系,建立了低渗透性黏土渗流的尺度效应模型,并通过试验验证了模型的合理性。本文的主要研究工作和成果有如下几个方面:(1)通过试验研究了不同土样参数对低渗透性黏土的渗透特性的影响。土样中矿物成分的不同,会影响到土样的比表面积、表面活性、孔隙分布等物理化学性质,并进一步影响到黏土颗粒和水分子之间的相互作用,使孔隙水流动性发生变化,从而影响到土体的渗透特性。(2)考虑低渗透性黏土的孔隙尺度分布和吸附水层黏性较大的影响,建立低渗透性黏土渗流的尺度效应模型。由于微小孔隙中吸附水对孔隙水流动的影响性不可忽略,且低渗透性黏土中微小孔隙占比较大,考虑到孔隙水流动的尺度效应,建立相应的渗流模型。(3)分析黏土颗粒和水分子间的微作用力对流体黏滞性的影响,并根据黏滞系数的变化规律界定吸附水层范围。以分子间力和表面力相关知识为基础,从理论分析范德华力和库仑力综合作用下孔隙水黏滞系数的变化,讨论吸附水层的范围和黏滞系数的大小,并应用于渗流模型的计算。(4)通过试验结果对比验证渗流模型的合理性。试验结果对比显示低渗透性黏土渗流的尺度效应模型更加符合实际情况。且考虑吸附水层的计算结果比不考虑吸附水层的计算结果更为合理,采用累计孔径计算比采用平均孔径的计算结果更适用于低渗透性黏土。