黄土高原是地球上黄土分布最集中、面积最大的沉积区,其上贯穿着丝绸之路经济带,是我国西部地区经济建设和社会发展的主战场。但是黄土高原地质环境脆弱,是我国地质灾害发育最为严重的地区之一,频发的地质灾害严重制约着该区的经济和社会发展。黄土特殊的微结构特征是诱发地质灾害的本质原因,掌握黄土的微结构特性是研究其力学行为的基础。目前黄土微结构对其变形和强度的控制机理研究存在不足。本文以董志塬Q₃马兰黄土为研究对象,综合野外调查、室内试验、三轴剪切试验、SEM扫描、能谱及CT扫描,首先,基于微米CT扫描,建立了董志塬Q₃马兰黄土的三维微结构定量化模型,系统提出了黄土的三维微结构定量化指标体系;其次,首次实现了剪切荷载作用下黄土三维微结构演化的全过程观测,确定了黄土变形前后三维微结构特征及其变化规律;再次,研究了微结构参数对黄土宏观变形的响应规律,确定了微结构参数对变形的敏感性及敏感性排序;最后,建立了黄土宏观变形与微观结构演化、缺陷形成及发展的关联关系,揭示了黄土受荷变形破坏的微观物理机理。论文取得了以下几点创新性成果:（1）基于董志塬Q₃马兰黄土的三维微结构模型,对其三维微结构特征有了全面认识。颗粒的三维形貌分三大类:I球或椭球状（3.4%）,II板状、盘状或三角状（77.6%）,III柱状（19.0%）;颗粒在水平方向上随机分布,约23%的颗粒长轴与竖直方向夹角<45°;骨架单元以碎屑颗粒、外包粘土颗粒及团聚体为主,颗粒之间有直接接触和间接接触两种,点接触广泛存在;弱胶结链广泛存在;架空孔隙和粒间孔隙为主要孔隙类型,其次为粒内孔隙。该黄土的疏松多孔、弱胶结、架空排列、不稳定接触等构成其亚稳定结构。（2）根据董志塬Q₃马兰黄土三轴剪切试验结果,随着含水率的增加,土体的应力-应变曲线硬化强度减弱,抗剪强度降低;随着围压的增加,曲线由应变软化向硬化型转变,抗剪强度增大。随着含水量的增加,粘聚力呈降低趋势,内摩擦角基本不变,当土体变为软塑和流塑状态时,颗粒之间的摩擦力快速下降,土体的内摩擦角降低。（3）通过对剪切过程中土体微结构特征及宏观变形的观测,发现:1)变形过程中结构非均匀压密,试样中间部位受剪切作用平均孔隙度高于试样上下部,且局部孔隙度标准差逐渐增大。2)变形初期,试样均匀压密;达到强度峰值点时,超大尺寸的孔隙（>200μm）坍塌,弱胶结链破坏,散落的颗粒单元填充到孔隙中,微裂隙形成;峰值后,孔隙结构继续压密,孔隙和孔喉尺寸减小、数量增加,扁平度降低,胶结弱的位置继续破坏,剪切带内部形成多个微裂隙;随着应变增加,孔隙被压缩成多个孔隙,部分微裂隙逐渐贯通。3)变形后颗粒之间接触由点向面转变,排列由架空向镶嵌形式转变。4)颗粒的形貌和尺寸变化不大,剪切带内、外部孔隙分别以等效直径大于43μm、34μm的孔隙为空间的压缩变形做主要贡献;剪切带内孔隙和颗粒的长轴方向角平均值接近剪切带的角度,上和下部的长轴方向角平均值向水平面方向靠近。（4）确定了微结构参数对变形的敏感性并排序:总体上,孔隙比颗粒的敏感性高;孔隙的尺寸-体积分布对变形的响应最大,其次是孔喉的尺寸和孔隙数量,接下来是扁平度、方向角和伸长率。（5）综合上述的结果,黄土变形破坏的微观机理主要从物质组成和结构特征两个方面考虑,对于本文研究的黄土而言,其变形破坏发生的前提条件是其疏松、多孔的结构特征,弱胶结链和架空结构的破坏是发生变形和破坏的直接原因,物质成分是影响变形和破坏的间接因素。