纳米技术已应用于土壤改良技术，为传统技术提供一种环保且经济高效的替代方案。

城市化和工业化的加速对传统的土壤改良方法提出了挑战。传统上，人们使用化学灌浆（例如环氧树脂、丙烯酸酯和硅酸钠）和水泥来增强土壤强度。然而，这些技术极难广泛实施，可能导致剧烈扰动并造成环境污染。

用于土壤改良的纳米材料 

纳米材料是指尺寸不超过 100 纳米的材料，具有许多生物、机械、光学和电学特性。2006 年，美国国家研究委员会 (NRC) 指出，纳米技术已在岩土材料中得到应用，并制造出 0.002 毫米的粘土大小的颗粒。多年来，纳米技术在土壤改良技术中的应用已得到改进。 

用于改良土壤的四种常见纳米材料是碳纳米管 (CNT)、胶体二氧化硅、合成锂皂石和膨润土。用于改善土壤性质的其他纳米材料包括纳米级零价铁 (nZVI)、富勒烯、氧化锌 (ZnO)、双金属纳米粒子、二氧化钛 (TiO ₂ ) 和多壁碳纳米管 (MWCNT)。下面讨论了一些用于土壤改良技术的常见纳米材料：

碳纳米管：

碳纳米管源自石墨烯，石墨烯是一种六边形排列的超薄碳原子片。这些薄片被卷成管状以形成碳纳米管，并形成一种比钢更坚固但重量更轻的材料。

由于 CNT 具有高纵横比和弹性特性，它很有可能充当水泥颗粒内的填料，使复合材料更致密、更坚韧、更坚固。 

近来，土壤改良领域已使用占土壤重量0.05~3%的CNT来提高粘性砂土的抗压强度，可见极少量的CNT就能显著提高土壤的抗压强度。

胶体二氧化硅：

胶体二氧化硅是一种粒径在 7 至 22 纳米之间的微观二氧化硅的水分散体。这种纳米材料无毒且化学惰性，具有出色的耐久性。多项研究表明，使用胶体二氧化硅可有效提高沙子的抗压强度。一项研究表明，通过添加 20% 的胶体二氧化硅，沙子会变得稳定，这表明其可能适用于类似土壤结构的环境。

膨润土：

纳米膨润土是一种经过加工的粘土，由火山灰风化而成。与天然膨润土相比，纳米膨润土具有更好的吸湿性和膨胀性。在水性介质中，纳米膨润土会分散并变成胶状，具有高粘度、润滑性和触变性。由于这些特性，纳米膨润土被用作钻井添加剂来改善钻井效果，从而减少岩层中的流体损失。

合成锂皂石

合成硅藻土由硅酸盐纳米颗粒的合成片层组成，层层排列。这种纳米材料的尺寸比膨润土小 10 倍。合成硅藻土的结构与天然蒙脱石结构相似。在水性介质中，合成硅藻土分散成具有良好流变性能的无色悬浮液。

纳米材料提高土壤强度的内在机制 

土体是由土颗粒、水和颗粒间的空气组成的三相介质，孔隙水压力对土体强度的影响起着重要作用。纳米材料通过改性孔隙流体、增强颗粒内的粘结强度来提高土体强度。纳米颗粒由于尺寸小，很容易分散到土颗粒之间的孔隙空间中，尤其是没有高压的细土颗粒中。 

当纳米材料被添加到土壤中时，它们的微观结构会影响土壤强度。如上所述，与三维纳米粒子（例如胶体二氧化硅）相比，纳米粒子（例如 CNT）的二维结构对土壤的影响不同。由于土壤中的一些纳米粒子在纳米粒子-水悬浮液中相互作用，流变悬浮特性会影响它们改善土壤强度的能力。

粒径减小导致纳米颗粒的比表面积增加。这意味着原子表面增加，从而导致更大的离子交换容量和与其他颗粒的相互作用增加。纳米颗粒的存在增强了孔隙水的积累。因此，含有纳米颗粒的土壤具有更高的塑性和液体极限。这表明量子力学模型比经典力学更适合描述纳米级粒子的运动状态和能量。

与传统材料相比，纳米材料在土壤改良技术中的优势

如上所述，添加纳米材料（例如碳纳米管和胶体二氧化硅）可显著提高土壤强度，特别是其抗液化性和抗压强度。与传统材料（例如灌浆）相比，使用纳米材料更环保且更具成本效益。

传统的土壤改良技术，例如机械加固，成本高，且会干扰环境。化学灌浆是另一种常见的提高土壤强度的技术，它涉及在目标场地添加工程泥浆。随后，通过压力传输系统对其进行压制，以加固软弱的地基。常用的灌浆材料是水泥和溶液，例如环氧树脂、硅酸钠和丙烯酸酯。

添加纳米材料作为稳定剂可以显著减少对环境的干扰，因为它不需要高压灌注。重要的是，这种技术在裸露的土地和有建筑物的开发区域都有效。由于用于改善土壤的常见纳米材料是惰性和无毒的，因此它不会损害土壤和地下水含水层。此外，由于有效土壤加固所需的纳米材料数量非常少，因此这种方法被认为是具有成本效益的。