在我国经济的持续发展下,在西部黄土地区修建高速铁路成为带动西部经济增长的重中之重。银西高铁以隧道形式穿越黄土塬区古土壤层,古土壤的工程性质复杂,其膨胀性大大提高了隧道施工的难度。本文以银西高铁早胜三号隧道的膨胀性古土壤为研究对象,通过资料收集、室内试验、核磁共振试验以及电镜扫描试验,对古土壤物理特性、膨胀特性以及微观结构进行了研究,主要成果如下:(1)通过基本指标的测定及矿物成分分析得到了古土壤的物理性质指标及矿物组分,并对古土壤的膨胀性进行了判别。(2)通过对古土壤进行无荷膨胀率试验、膨胀力试验、有荷膨胀率试验与干湿循环试验,得到了不同含水率下古土壤的膨胀特性,并将原状土与重塑土进行对比。试验表明,无荷膨胀率和膨胀力随初始含水率的升高出现下降,重塑土的无荷膨胀率和膨胀力明显高于原状土;原状土与重塑土的有荷膨胀率随着上覆荷载的增加出现下降,并且重塑土在任一荷载下的膨胀率均大于原状土;在干湿循环条件下,古土壤的无荷膨胀率与循环次数呈现正相关的关系,但增长幅度呈现下降趋势。(3)通过核磁试验,对古土壤T2分布曲线与谱面积进行了分析,并将驰豫时间转化成孔隙分布规律,研究了孔隙分布与土体状态的关系。结果表明,T2谱呈三峰状态,古土壤T2谱面积第一峰占比最多,第二峰次之,第三峰最少,孔隙则主要以中孔隙为主。(4)通过电镜扫描试验来分析不同初始含水率下原状土与重塑土的微观变化,得出初始含水率增大,颗粒平均丰度、颗粒分形维数、孔隙平均丰度均增大,颗粒平均圆形度、孔隙平均圆形度、孔隙分形维数减小。(5)基于灰色关联法原理,通过关联模型分析评价了古土壤无荷膨胀率、膨胀力与微观结构参数的相关性,发现分形维数对古土壤的膨胀特性起到主要贡献作用。