太原西山地区煤矿众多,煤炭开采时间长,产生的煤矸石占用了大量的土地资源。随着对西山地区生态环境的治理,部分煤矸石污染场地重新被用于工程建设。目前,大部分的对煤矸石的研究主要集中在煤矸石中的微量有毒有害元素释放以及这些有毒有害元素在土和水体中的富集,并未对受煤矸石污染前后土体的宏观物理力学性质、微观结构及污染机理进行研究。本文主要以太原西山矿区官地矿煤矸石及矸石堆周围黄土为研究对象,通过X荧光光谱分析、扫描电镜能谱分析、室内土工试验和动态淋滤试验并结合前人研究,分析出煤矸石中的主要污染物,得出了受煤矸石污染黄土宏观物理力学性质和微观结构的变化规律和污染机理,同时也通过HYDRUS-2d/3d模拟软件研究了煤矸石污染物在黄土垂直方向的迁移规律,主要结论如下:(1)太原西山官地矿煤矸石中黄铁矿(Fe S₂)的含量比较高,风化作用下煤矸石中的Fe和Mn元素降低的幅度大。对比未污染黄土,矸石堆周围黄土中的Fe、Mn和S的含量升高,而Na、K、Ca、Mg和P元素的含量都有所下降。(2)黄土受到煤矸石的长期污染后,孔隙变多变大,骨架单元体由团聚体变为单粒,单元体之间的连接形式由胶结变为点接触。由Image-Pro Plus软件定量分析得到,污染黄土的孔隙大小随着距矸石堆的距离的缩小而增大。(3)受煤矸石污染后,黄土物理性质指标中的孔隙比、密度和干密度增大,黏粒含量、液塑限、塑性指数减小,而土粒比重不变。通过侧限压缩试验发现,污染黄土的压缩系数减小、压缩模量增大,污染黄土的压实性变好。对直剪试验结果分析发现,污染黄土的黏聚力减小,内摩擦角增大。(4)由于黄土中含有一定量的碳酸盐、有机质和黏粒。黄土对煤矸石风化释放出的H⁺和重金属离子有很强的吸附和去除的能力,能够把煤矸石污染的影响限制在一定的范围内。煤矸石对于黄土性质的影响主要是通过风化产生的H⁺和重金属离子使黏土颗粒的双电层变薄和颗粒间的碳酸盐胶结物。(5)HYDRUS-2d/3d软件对煤矸石释放的Mn在黄土垂直方向的迁移的模拟结果显示,Mn在第1.5年迁移到深度1.0m处;并在第4.5年,深度1.0m范围内的黄土对Mn的吸附达到饱和。