我国高速铁路事业快速发展,铁路建设不免穿越膨胀土地区,膨胀土地基遇水上拱严重影响行车舒适性及安全性。本文以某高速铁路地基膨胀泥岩为研究对象,采用室内试验与理论分析相结合的方法,对泥岩的膨胀特性、非饱和特性及微观结构进行了系统研究,研究结果可为膨胀土地区工程灾害防治工作提供理论依据,同时,有利于促进非饱和理论在膨胀土研究工作中的应用。本文主要工作及成果如下:(1)对泥岩基本物理力学特性进行了试验研究,并基于规范及前期研究成果分别对其膨胀性进行了判定,分析发现前期研究成果(论文判别法)更适用于高速铁路地基岩土体膨胀性判定。(2)进行了大尺寸膨胀模型试验及膨胀潜势试验,发现地基模型膨胀时程曲线整体呈“阶梯状”增长,膨胀变形速率前期快,后期慢,地基膨胀曲线满足一阶衰减指数函数,地基膨胀量与上覆土层厚度呈负相关关系;在膨胀潜势试验中,试样膨胀时程曲线满足Boxlucas数学模型,试样初始干密度、初始含水率与最终膨胀量呈平面关系。(3)采用压力板法及滤纸法,引入非饱和理论,对泥岩的土-水特征曲线进行了量测,发现在单对数坐标上,泥岩总吸力及基质吸力随着含水率的增加均呈非线性减小,相同体积含水率的泥岩,干密度越大,总吸力及基质吸力越大;泥岩土-水特征曲线近似呈“S”形,采用LangumuirEXT2数学模型对泥岩土-水特征曲线进行了拟合,得到了土-水特征曲线单参数计算模型;发现经典土-水特征曲线模型(F-X模型、Gardner模型以及V-G模型)对泥岩土-水特征曲线均存在较高的拟合度,其中F-X模型与本试验泥岩土-水特征曲线拟合度最高。(4)采用压汞法(MIP)对泥岩微观结构进行了分析,基于进退汞曲线发现泥岩中存在较多的瓶颈孔,对瓶颈孔含量进行了分析;发现泥岩孔径分布曲线呈明显的三峰态,基于此,将泥岩孔隙定量划分为大孔、中孔和小孔;采用热力学关系模型及Menger海绵模型对泥岩微观结构分形特性进行了对比分析,发现热力学关系模型更适用于试验泥岩分形维数计算,基于分形维数得出泥岩干密度越大,泥岩孔壁越粗糙,孔结构越复杂。(5)在上述室内试验及理论推导基础上,从泥岩孔结构特征出发进行了理论推导,得到了基质吸力的间接计算方法,基于试验数据对该方法进行了修正,并采用其他文献数据验证了修正方法的通用性。