黄土地层存在黄土与古土壤互层现象,黄土与古土壤的工程性质对黄土地区工程设计和病害分析至关重要。对黄土工程性质的研究成果较多,但目前对于古土壤工程性质尚缺乏系统研究,黄土与古土壤工程性质的差异性还难以把握。本文以黄土地区白鹿塬古土壤S1为研究对象,对其裂隙特征、物质组成、土水特征曲线、抗剪强度、渗透特性等开展研究工作,并和与其整合接触的Q3黄土L1进行比对。基于野外调查和量测,揭示出干旱季节浅层古土壤具有显著的裂隙性,导致黄土陡坡坡面古土壤层位出现风化槽,进一步建立了古土壤裂隙评价指标,并通过该指标评价黄土古土壤裂隙的裂隙平均长度、单位面积裂隙长度、裂隙数量和长度各向异性等,得出黄土古土壤裂隙数量和长度具有明显的各向异性,竖向裂隙数量和总长度占裂隙总数的50%以上,斜裂隙次之,水平裂隙较少。基于室内试验,分析比较了古土壤和黄土试样的物理性质指标,表明二者均属于粉质黏土,在物理性质方面仅存在小的差别,古土壤中粉粒所占比例比黄土低9.3%,黏粒所占比例比黄土高9.8%,石英、钠长石含量低于黄土,方解石、绿泥石及黏土矿物含量高于黄土;古土壤液限、塑限均略高于黄土,塑性指数略大于黄土,最优含水率和最大干密度略高于黄土。基于压力板试验,得到了古土壤和黄土的土水特征曲线,表明古土壤土水特征曲线的滞回效应小于黄土,古土壤基质吸力随含水率变化速率小于黄土;对于相同含水率的古土壤和黄土,干密度变化引起的古土壤基质吸力变化大于黄土;在相同含水率下古土壤重塑试样基质吸力高于原状试样,但其差异性小于黄土;进一步拟合得到古土壤和黄土的土水特征曲线方程,并分析二者参数的差别。基于非饱和三轴试验,考虑密度和基质吸力影响,对古土壤和黄土的剪切特性进行试验研究。古土壤和黄土应力应变曲线均为硬化型,干密度越大剪切模量越大,抗剪强度也越大;古土壤和黄土的黏聚力和内摩擦角均随干密度增大而增大,黏聚力、内摩擦角与干密度基本呈线性关系。在干密度和含水率相同条件下,古土壤的黏聚力大于黄土,内摩擦角小于黄土。含水率相同时,古土壤黏聚力随密度的变化大于黄土,内摩擦角变化小于黄土。古土壤和黄土的黏聚力均随基质吸力增大而增大,古土壤黏聚力随基质吸力的变化程度小于黄土,基质吸力变化对内摩擦角无影响,黄土抗剪强度随围压的增长速率高于古土壤。基于原状土样与重塑土样三轴渗透试验,研究了古土壤和黄土的渗透特性。揭示出原状古土壤的渗透系数明显小于与其整合接触的黄土;干密度相同时,重塑古土壤土样的渗透系数亦明显小于黄土土样。重塑古土壤和重塑黄土的渗透系数的差异性随干密度增大而减小。在干密度相近的条件下,古土壤和黄土的原状试样的渗透系数均明显高于重塑试样,干密度越低,结构性的影响越明显,结构性对黄土渗透系数的影响比古土壤更加显著。考虑古土壤的渗透性明显小于黄土,就古土壤的防渗效果进行了研究。采用四边形等参元给出了含古土壤层的黄土地基和黄土边坡渗流数值计算模型,应用该模型对不同工况黄土地基和边坡土中水分场进行了计算分析,得到含有古土壤层的黄土地基和边坡水分入渗规律,表明古土壤层的存在能够明显延缓水分入渗进程,论证了在填方场地设置古土壤层防渗的有效性,并给出了防渗古土壤层的有效厚度。