膨胀土是一种对工程有害的特殊粘土,胀缩性很大,在吸水膨胀和失水收缩的时候会对建造在土体上的建筑产生破坏,造成安全隐患和经济损失,所以对膨胀土的治理就显得尤为重要。目前应用最广的改良方法是水泥固化法,但是水泥改良膨胀土也存在着一些缺点,研究发现在水泥改性的同时添加纳米二氧化硅会取得较好的改良效果。本文以膨润土和高岭土按干质量1:1配置而成的中膨胀土为研究对象,分别研究了素膨胀土、膨胀土加5%水泥、膨胀土加4%水泥和1%纳米二氧化硅以及膨胀土加3%水泥和2%纳米二氧化硅在改良前后性质的变化情况,并从微观角度对改良机理进行了研究。无侧限压缩试验结果表明:水泥和纳米二氧化硅的加入能够显著提高膨胀土的无侧限压缩强度,且水泥和纳米二氧化硅同时加入的改良效果比仅加入水泥对膨胀土改良效果好,但是随着纳米二氧化硅含量的增大,改良效果与掺水泥相比提高的并不明显,这一结果可用于最优掺量的确定。与此同时还对无侧限压缩后的五组试样进行了X射线衍射试验和扫描电镜试验,获得了膨胀土改良前后土体物相和微观结构的变化情况。结果显示:水泥的加入能够产生硅酸钙等水化产物,纳米二氧化硅的加入并没有产生新的物相,只是改变了土中石英和水泥水化产物物相含量的大小;微观结构表明水泥和纳米二氧化硅的加入使得粘土颗粒表面胶结的更加密实,由于纳米二氧化硅的特殊性质,使得其与水泥水化产物产生胶结,强度提高的更加明显。此外,运用MS对层间分别含一、二、三层水的Ca蒙脱石进行了分子模拟,模拟结果显示:随着含水量的增加,蒙脱石层间距逐渐增大,体积也逐渐膨胀,表明了蒙脱石吸水膨胀的性质;同时由模拟的粒子浓度分布情况和自扩散系数说明层间离子的运动和扩散不仅与层间含水量有关,还与层间阳离子种类有关。