黄土高原是华夏文明的发源地和走向世界的起点。在我国黄土高原地区，黄土分布十分广泛，是世界上黄土厚度最大、地层最全、沉积也最为连续的区域。该区自然生态环境脆弱、人类工程活动强烈、黄土工程性质特殊，导致地质灾害频发、工程问题严重。随着 “一带一路”倡议、黄河流域生态保护和高质量发展国家战略等实施，大量黄土科学和工程问题亟待研究和解决。深刻认识和准确评价复杂环境条件下黄土的物理力学行为，对黄土地区重大工程建设和防灾减灾具有重要意义。

黄土是一种结构性、水敏性地震易损性非常强烈的岩土类颗粒材料，具有干燥时坚硬、遇水后软化、扰动下强度急剧降低等特殊的工程性质，其中水敏性和地震易损性是外在因素导致其微结构破坏的宏观表现。黄土的宏观物理力学特性和工程性质受其内部微结构特征的影响，主要有颗粒和孔隙的尺寸、形貌、定向，以及颗粒间排列组合与接触关系等。在荷载作用或复杂环境条件下，黄土的力学行为表现与其内部颗粒和孔隙的变化、微结构体系能量耗损和自适应调整能力等息息相关。研究黄土微结构特征及其变化规律既可以探究黄土及黄土类土的形成条件，也可以建立微结构与黄土的水理性质、物理性质和力学性质等工程地质特性的内在关联，同时揭示黄土宏观灾变的内在控制机制。

对黄土微结构的研究，始于20世纪50～60年代。偏光显微镜、扫描电子显微镜、压汞法、计算机断层扫描等观测技术先后被应用于黄土微结构的研究。但受观测精度和技术方法的限制，前期所获得的成果往往是基于定性分析，或基于半定量和定量的二维微结构数据。到目前为止，基于高精度观测的三维微结构研究成果仍然较少。工欲善其事，必先利其器。随着观测精度的提高和技术的进步，以及图像处理技术的发展，以前无法观测和难以获取的微结构指标和参数的定量化成为可能。例如，对于黄土颗粒，现在不仅可以观测和量化其位置及大小，还能确定其扁平度、长短轴、球度等几何形貌特征，以及走向、倾角等颗粒定向参数；对于黄土孔隙，现在不仅能观测确定孔隙比和孔隙尺寸分布，还能量化孔隙的形貌、定向和连通性等。因此，借助最新观测技术和分析方法，系统化和定量化研究黄土三维微结构特征，以及复杂环境条件下微结构演化过程，对于揭示黄土宏观灾变行为的微观机制具有十分重要意义。

黄土微结构的总体研究思路和方法

作者于2010年在美国佐治亚理工学院做访问学者期间，系统学习了David Frost教授关于砂土三维微结构的研究工作。与此同时，确定了黄土三维微结构定量化的研究思路和内容，于2011年回国后建立了基于连续切片技术的黄土三维微结构研究实验室。由于黄土颗粒以粉粒为主，且颗粒间孔隙尺寸小，在试样制备、连续切片研磨厚度控制等方面都遇到极大的挑战。之后，邀请了David Frost教授、陆烨博士和王梅博士来实验室进行了多次讨论和交流，并带领团队逐步开展相关的研究工作，从观测手段到图像分析方法等诸多方面都取得了很大的突破和进展，极大地拓展了研究问题的深度和广度，无论从基础研究还是应用研究等方面都取得了显著的成效。研究期间，团队成员分别获得了国家自然科学基金重点项 目、面上项目和青年项目的支持，取得了一些阶段性的成果。由于黄土微结构研究对黄土性质和灾变机制研究具有重要的意义，越来越多的研究人员开始开展这方面的研究工作，我们有必要把我们多年的研究成果展现给读者，以便读者了解多年来我们在黄土微结构方面取得的研究进展和最新成果，为此撰写了本书。

本书主要内容包括：黄土微结构研究现状及进展、研究方法和观测技术；基于连续切片技术的黄土三维微结构观测和分析方法；黄土三维微结构指标体系及定量表征；黄土微结构的区域变化规律；剪切荷载作用下黄土微结构特征；水-力作用下黄土微结构演化及微观湿陷机制。

本书可供岩土工程、地质工程领域的工程技术人员，以及高等院校研究生和科研院所科研人员参考。

本文摘自科学出版社2022年6月出版的《黄土三维微结构》一书前言，图片为编者所加 （本文编辑： 崔妍cuiyan@mail.sciencep.com）。

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