在中国北方广泛分布一套第三纪红色粉砂质黏土,它的成因、物质组成使其工程特性区别于南方地区红黏土,且在目前的工程建设中发现了一些由红黏土的特性所引发的一系列工程地质问题。同时近些年大量的企业在西北部生产发展,使酸雨在北方地区有扩展趋势。酸雨的化学腐蚀作用会使岩土体的结构、矿物成分和力学性质发生变化,对工程存在一定的安全隐患。研究酸雨对北方红黏土工程性质的影响规律及其化学作用机制具有重要的现实意义。本文以北方庆阳地区第三纪红黏土为研究对象,围绕重塑红黏土在酸性环境的膨胀性、抗剪强度和渗透性的实验变化规律,从化学热力学角度对酸性环境下红黏土存在的水-岩作用机理问题进行分析研究,得到以下几点主要认识:(1)该地区红黏土矿物组成主要是硅酸盐矿物和碳酸盐矿物,其中粘土矿物以伊利石和绿泥石为主并含有少量的伊蒙混层矿物,粒状矿物以石英、长石和方解石为主。根据相关土工试验结果和铁路工程岩土分类标准可将该红黏土判定为坚硬的弱膨胀黏土。(2)通过膨胀率实验,发现重塑红黏土无荷载膨胀率随p H值降低而增加,随干密度增加而增加;通过变水头渗透试验和快速直剪实验,渗透率、黏聚力和内摩擦角随p H值降低而降低,随干密度增加而增加。通过对实验数据综合分析和正交试验分析,认为红黏土压实度达到94%时,酸雨对重塑红黏土的影响程度较小。(3)通过无荷载膨胀率实验,认为红黏土的膨胀具有时效性,可将膨胀过程分为急速膨胀阶段(0～30min)、缓慢膨胀阶段(30～180min)和膨胀稳定阶段(180min以后)。通过变水头渗透试验,认为红黏土渗透率具有干密度区间效应,在低密度区间内(1.45g/cm~3～1.55g/cm~3)随着干密度增加渗透率急剧减小,在高密度区间内(1.55g/cm~3～1.65g/cm~3)渗透系数较小且随着干密度的增加渗透系数变化程度较低。(4)通过化学反应式和热力学计算结果分析,认为方解石、钾长石和钠长石等碎屑矿物发生溶蚀作用,促进孔隙和裂隙的发育,使其强度降低、渗透性增加;钠长石在酸性环境下可转化为粘土矿物,使矿物原有的晶型结构发生改变,生成了伊利石或伊蒙混层矿物,使粘土矿物含量增加,膨胀性随之增强。将浸泡后的红黏土进行矿物化学分析,所得到的结果与化学热力学分析结果一致。