非饱和土在干旱和半干旱气候地区很常见,非饱和土力学在岩土工程中发挥着越来越重要的作用。非饱和土的力学性质很复杂,以至于当土变成非饱和状态时,大多数为饱和土建立的本构模型都不再有效。尽管非饱和土的研究已经进行了几十年,但是仍然存在很多问题需要解决。非饱和土的水-力学特性不应该忽略微观结构的影响,但是现阶段绝大多数本构模型都是基于宏观参数建立的,由于缺乏微观机制的支撑,己经难以满足科研和工程需求。土的微观结构对土的各方面的性质起着决定作用,土的力学性质都可以理解为微观结构的宏观表现。因此,要进一步加深对土的水-力特性和工程性质的理解,就需要对土的微观结构进行更深一步的研究。近年来,发展能够解释和描述非饱和土水-力特性的本构关系已成为非饱和土力学中一个关键问题。本文在水-力作用下土孔隙结构演化规律的基础之上,建立非饱和土的双孔模型,并基于此模型解释和描述非饱和土的持水特性、有效应力和剪切强度等性质。主要研究内容如下:（1）把可以反映土体失水收缩特性的收缩曲线方程代入已有的推算模型,改进根据孔径分布推算土水特征曲线的方法。土体在失水过程中会发生收缩现象,因此实验室测量土水特征曲线过程中土体也会发生失水收缩,尤其对于胀缩性比较大的土,这个现象会更加明显。在利用压汞试验得到的孔径分布曲线推算土水特征曲线时,由于孔径分布曲线只是某一个状态下的孔径分布情况,所以推算得到的土水特征曲线与试验数值有较大的差异。为了改进这个方法,需要在原有的基础上考虑收缩变形的影响。本文在压汞试验结果分析时考虑土体失水收缩的影响,改进已有的推算模型,同时利用本文的试验数据和文献中的试验数据对改进的方法进行验算,并与原有的推算方法进行比较。结果表明改进后的土水特征曲线预测模型比原有的模型有很大的提升,推算得到的土水特征曲线与试验结果吻合得更好。（2）利用压汞试验得到的孔径分布曲线和收缩试验得到的收缩曲线可以确定出土水特征曲线参数。在一定范围内,土水特征曲线由土中的孔隙结构控制,因此土水特征曲线的一些参数可以由孔径分布曲线确定。大量试验数据计算发现,土水特征曲线中的进气值、残余吸力和残余点处的含水量（质量含水量或者饱和度）可以用孔径分布曲线比较准确地确定。由于收缩试验反映的是收缩变形和含水量之间的关系,对于进气值处的质量含水量可以利用收缩曲线确定。因此可以利用孔径分布曲线和收缩曲线确定出常用的土水特征曲线参数。进气值点和残余值点把经典土水特征曲线划分为三个部分,如果把每个部分的持水曲线看成直线,就可以利用上述方法得到的土水特征曲线参数描述宽广吸力范围的土水特征曲线。此方法不再对试验数据进行拟合,做到了真正意义上的预测,可以大大缩减测量土水特征曲线的时间。（3）改进FX 土水模型,使拟合参数更符合其物理意义。FX模型对宽广吸力范围内各类土的土水特征曲线拟合都比较准确,但是通过一系列的试验拟合对比发现,其得到的拟合参数与Fredlund和Xing赋予它们的物理意义有比较大的差异。为了弥补这一缺陷,对传统FX模型进行了改进,提出了两步FX模型。首先利用不考虑修正系数c（Ψ）的FX模型对试验数据进行拟合,确定出参数α,n和m,再把这三个参数代入FX模型中对试验数据再进行拟合,然后可以得到最后一个参数Cr。通过这两个步骤得到的拟合曲线与试验结果可以很好的吻合,同时得到的参数也比较符合其物理意义。（4）利用压汞试验研究水-力作用下土孔隙的演化规律,建立孔隙演化模型,并在此基础上提出双孔模型概念。试验研究发现水力作用和外力荷载作用对土孔隙的影响机理是不同的。土中含水量的变化只会影响集聚体表层土颗粒的重新排列,而且吸湿和脱湿是可逆过程,但是失水收缩主要是集聚体间孔隙收缩造成的。外力荷载只会让集聚体间孔隙压缩,但是对集聚体内孔隙的影响基本上可以忽略。在此基础上构建了水-力作用下的土孔隙演化模型。根据水-力作用对土孔隙结构不同的影响,建立了双孔模型,并提出了利用孔径分布曲线和收缩曲线界定集聚体间孔隙和集聚体内孔隙的方法。（5）基于双孔模型和非饱和土输入功率方程推导了有效应力系数表达式。土中孔隙水的含量同时受水-力共同作用,如果把土中含水量的变化抽象成两个单独的过程,一个只受吸力的影响,另一个只受变形的影响,基于非饱和土输入功率方程和双孔模型,推导出非饱和土有效应力系数,进一步加深了对有效应力系数的认识。其数值等于在恒等吸力下变形引起的集聚体间孔隙的体积含水量与集聚体间孔隙的体变量之间的比值,并可以利用孔径分布曲线进行计算。在摩尔-库伦强度准则下,利用非饱和土三轴剪切强度验证了这个方法的合理性。（6）利用改进的非饱和土三轴仪研究了宽广吸力和净围压对非饱和土强度的影响。试验结果显示,相同净围压下,吸力越大,应力应变关系曲线越高,即强度越大;而且在较高吸力下土样会出现应变软化现象。在低吸力范围,对于同一个吸力,随着围压的增大,剪切强度会增大;对于高吸力范围,围压的增大对剪切强度影响不大。