土水特征曲线(Soil-WaterCharacteristicCurve,简称 SWCC)表征了非饱和土中饱和度Sr(或体积含水量)与基质吸力(或土水势)s间的关系,它是进行非饱和土流-固耦合、非饱和土变形与强度、以及污染物在非饱和土中运移等研究的关键问题之一。本文针对土水特征曲线与土体变形间的耦合问题,进行了一系列的研究,主要工作包括以下几个方面:(1)基于压汞、电镜扫描等试验成果,本文首先从微观的角度出发,揭示了吸力变化时非饱和土微观结构的演变规律,通过建立孔隙分布曲线与孔隙比之间的关系,推导出一个能预测吸力增加时孔隙分布曲线变化的数学模型。该模型中,随着吸力增大,孔隙分布曲线可由初始参考曲线通过三个变化得到:平移、缩放以及分散;经分析,模型中的缩放量、平移量与孔隙比呈线性关系,而分散程度与孔隙比服从单指数衰减。经与多组试验数据比对,所提出的数学模型能较好地预测孔隙分布曲线的变化,再现干化过程中非饱和土内部微观结构的演化。(2)土体微观结构对非饱和土的滞水特性影响巨大,许多模型试图将孔隙分布与滞水曲线相联系,然而大多数模型忽略干湿过程中土体的微观结构变化,如孔隙分布、颗粒大小和形状、颗粒间距离等的变化。此外,吸附水含量变化的影响也并未考虑。本文基于干湿过程中孔隙分布曲线的变化规律,建立了一个能综合考虑水力路径下,颗粒几何尺寸变化、吸附水影响等因素的土水特征曲线模型。随后,对一些试验进行模型预测,预测结果与实测数据对比表明,模型能较好的反映干湿路径下,土体微观结构对土-水特征曲线的影响。(3)基于热力学内变量理论,建立一个能同时考虑非饱和土体积变形与毛细滞回效应影响的土水特征曲线模型。由热力学第二定律的推演可知:塑性变形与毛细滞回现象实际上是一种耗散行为;饱和度与吸力间的变化关系不唯一原因在.于饱和度变化不仅与液相变化相关,也受到固相变化的约束和影响,即液相体积变化和固相体积变形间存在耦合作用。从微观物理机制上揭示了变形与吸力间的相互作用以及滞回现象发生机理,基于此建立以一个能够综合考虑滞回效应与变形的SWCC一般性模型。利用边界面理论,通过引入两个新参数,建立了一个简化的可同时考虑塑性孔隙变化及毛细滞回效应的新模型。通过模型预测与现有试验数据进行了比对验证,计算结果证明该模型不仅能考虑土体变形的影响,同时能较为准确地模拟毛细滞回行为,模型预测结果与实测数据吻合较好。(4)基于上述土水特征曲线模型,采用多孔介质理论,通过推导建立了一个非饱和土水力-力学耦合本构模型。模型预测和试验数据对比表明:所提模型能较好的模拟非饱和土水-力学耦合行为,预测结果基本与试验结果吻合。