膨胀土是由强亲水性粘土矿物蒙脱石和伊利石组成的，是一种特殊的高塑性粘土，它的特殊性主要表现在：强烈的吸水膨胀，失水收缩干裂；峰值强度高，残余强度低；强度随含水量变化幅度明显，另外还具有超固结性、多裂隙性和可塑性。由于这些特殊性，膨胀土对建筑物造成的破坏常具有多次反复性和长期潜在的危险，对人类生活造成严重的灾害。本文利用直剪残余剪切仪、GDS非饱和三轴试验仪、循环动单剪实验仪和微观扫描电子显微镜，对南水北调中线工程禹州段弱膨胀土的宏观力学性质和细观结构进行了一系列的研究。本论文取得的主要研究成果，归纳如下：（1）利用直剪残余剪切仪对原状和重塑膨胀土进行静力学试验，通过分析不同状态下膨胀土的剪应力-剪位移关系曲线，得出原状膨胀土的结构强度是影响剪应力-剪位移关系曲线具有峰值的重要因素。残余强度随着结构的变化与峰值强度的变化趋势大致相同，在不同的结构状态和外界环境条件下，基本上表现出原状试样强度＞重塑试样强度＞饱和原状试样强度＞饱和重塑试样强度的特征，且随着压力的增大，原状样与其它三种试样的强度相差越来越小。（2）利用GDS非饱和三轴试验仪研究膨胀土的非饱和性，结果证明：膨胀土的抗剪强度不仅取决于所承受的围压，而且还与基质吸力的大小密切相关，且抗剪强度随围压和基质吸力的增大而增强；吸力对黏聚力影响十分明显，黏聚力随着吸力的增大呈非线性增大，且增幅明显，但吸力对有效内摩擦角则几乎没有影响。（3）利用循环动单剪实验仪对膨胀土的动力学性质进行分析，得出固结压力和振动频率分别对动剪切模量和阻尼比的影响。（4）利用扫描电子显微镜对膨胀土进行细观扫描，并利用图像处理软件对扫描后的图片进行参数提取，然后从定性和定量两个方面对膨胀土的细观结构进行分析，得出膨胀土的细观结构和矿物成分分别对其胀缩性和物理力学性质的影响。