随着我国高速铁路的蓬勃发展,膨胀岩对铁路的危害也日趋严重。宝兰客运专线及兰新二线高铁建设工程中,都出现过弱膨胀泥岩导致隧道仰拱的开裂及路基上拱等工程问题。因此,泥岩微观膨胀机理的研究对于岩石膨胀特性领域具有一定的意义。本论文以西宁地区贵德组、咸水河组、中庄组、民和组泥岩为研究对象,通过野外踏勘取得钻孔样品。围绕泥岩物理性质、矿物成分、微观特征、膨胀特性等特征,对不同地质时代泥岩矿物成分、微结构空间特征、孔隙特征进行研究,找寻出其中的差别,结合膨胀特性试验,分析不同微观组构特征与膨胀特性之间的关系,阐述了微观特征与宏观力学效应之间的关系。通过研究,取得如下几点的主要成果和认识:(1)通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)试验对西宁地区泥岩的矿物成分和微观结构进行了研究,结果显示西宁地区泥岩黏土矿物主要以伊利石、绿泥石、高岭石为主,蒙脱石仅在局部有发育,非黏土矿物主要以石英和钠长石为主;其微观空间特征主要以平片、密集、面-面连结和平片、开放、面-面连结为主;而孔隙类型主要以粒间孔为主;利用Image-Pro Plus软件对SEM照片分析可知民和组泥岩面孔率、孔隙直径、分维数最小,而圆度最大;在同一地层中,面孔率、孔隙直径、分维数、圆度均有随埋置深度增加而增大的趋势。(2)通过自由膨胀率试验、侧向约束膨胀率试验、膨胀力试验以及膨胀过程监测试验发现,泥岩膨胀过程均可分为三个阶段,即快速膨胀阶段、缓慢膨胀阶段、膨胀稳定阶段;电导率可作为反映膨胀过程中离子浓度变化的指标,与膨胀力(率)之间的关系也分为三个阶段,即快速增长阶段、缓慢增加阶段、稳定阶段。(3)通过回归分析可知,黏土矿物含量、面孔率、圆度、分维数、平均直径与膨胀力(率)之间存在一定的相关性,其中黏土矿物含量与膨胀力(率)之间的相关性较弱,而结构因素(面孔率、圆度、分维数、平均直径)与膨胀力(率)之间的相关性均较强,说明西宁地区泥岩结构因素对膨胀特性的影响起主要作用。