黄土是具有较强水敏性及结构性的特殊土,天然状态原状黄土具有良好的工程性质,但是降雨或地下水位上升时,土体的湿度增大,在力水耦合作用下常会发生强度突降、变形突增,进而引发滑坡,地基失稳等工程事故。增湿过程中黄土的非饱和渗透固结分析时,需要力水耦合作用下增湿时原状黄土的应力应变本构模型,持水模型及水气渗透模型。从非饱和土土力学角度,试验研究增湿时原状黄土水力-力学特性及其水气渗透规律,具有重要的理论和实际意义。围绕这一主线,本文在不同应力路径下对原状黄土进行了常吸力加载试验、常应力下的浸水及渗气试验,分析了吸力、应力路径及力水作用路径对变形、强度及屈服特性的影响,探讨了净平均应力P及偏应力q对持水特性、水气渗透特性的影响。进而,在增湿条件下,对非饱和原状黄土建立了考虑力水作用路径影响的弹塑性本构模型,考虑应力影响的持水模型、渗水模型及渗气模型。本文主要的工作及研究成果如下所述。(1)基于在等向压缩、常规三轴、等应力比及纯剪(等p)4种应力路径下,对不同吸力原状黄土进行常吸力三轴(先水后力路径,预湿)试验,分析了应力路径及吸力s对应力-应变、屈服及临界状态特性的影响,得到了吸力相同时q-及e(孔隙比)-p平面上临界状态线与应力路径无关的规律;在引入变换主应力σi(=σi+σ0(s),σ0(s)为与吸力有关的粘结应力)的基础上,对与吸力有关的q-p临界状态线在q-p平面上进行了归一化,确定了等向应力条件下s-p平面上LC屈服线及偏应力条件下q-p平面上非对称于p轴的倾斜初始及后继屈服面,提出了相应的屈服函数;揭示了原状黄土的塑性流动不满足相关联流动法则,提出了适用于不同吸力原状黄土的剪胀方程。(2)在无应力条件下及等向应力、常规三轴及等应力比加载条件下,分别对预应力作用后不同孔隙比及相同孔隙比的原状黄土进行了分级浸水(先力后水路径,后湿)试验。分析了应力条件对增湿体应变、偏应变与丧失吸力之间关系及屈服吸力的影响,力水作用路径对增湿湿陷变形、屈服及临界状态特性的影响;针对s-p及q-p平面上加载屈服线及增湿屈服线皆与力水作用路径有关的特征,在s-p及q-p平面上分别得到了唯一的加载增湿屈服线;揭示了常规三轴剪切及湿剪条件下q-p平面上临界状态线不具唯一性,并对湿剪临界状态线,增湿至饱和时发生湿剪破坏的剪应力水平门槛值与净平均应力之间的关系,及达到湿剪破坏时的增湿剪损吸力与剪应力水平之间的关系进行了描述。(3)用变换净平均应力p、偏应力q及吸力s作为应力状态变量,基于提出的剪切及湿剪临界状态线方程,剪胀方程,s-p及q-p平面上的屈服面函数及势函数,以塑性体应变为硬化参数,建立了原状黄土的力水耦合弹塑性本构模型,该模型可以考虑力水作用路径的影响,可较好地预测在不同应力条件下常吸力加载与常应力增湿时的力学特性。(4)基于无应力及不同应力条件下的分级浸水试验,分析了孔隙比、净平均应力及偏应力对持水特性的影响。揭示了孔隙比及应力皆对以饱和度与吸力及含水率与吸力关系表征的持水曲线有影响,而对饱和度与吸力比(吸力与脱气值的比值)及含水率比(含水率与饱和含水率的比值)与吸力比关系的影响很小,可近似归一。提出了偏应力条件下以饱和度或含水率为变量的力水耦合增湿持水模型。(5)基于无应力及不同应力条件下的分级浸水试验,分析了孔隙比、净平均应力及偏应力对渗水特性的影响。揭示了孔隙比及应力对渗水系数与饱和度关系及其与吸力关系,相对渗水系数与吸力关系皆有影响,而对相对渗水系数与饱和度关系及其与吸力比关系几乎没有影响。提出了偏应力条件下以饱和度或吸力为变量的力水耦合增湿渗水模型。(6)在不同的等向应力及等应力比加载条件下,对不同含水率原状黄土进行了渗气试验,分析了平均应力、偏应力及含水率对渗气特性的影响。应力及含水率变化时相对渗气系数与饱和度关系及其与相对体积含气率关系几乎没有影响,且可以分别用常孔隙下P-vG-M模型及RPL模型来描述;不同应力条件下渗气系数与修正气体饱和度关系近似归为一条曲线,且可用提出的修正气体饱和度幂函数(MPAL)模型来描述,该模型比P-vG-M模型及RPL模型参数少(分别少2个及1个);依据不同含水率下渗气系数的对数与规格化等向应力关系及其与平均应力相同时的应力比(偏应力与平均应力之比)关系皆为平行直线,提出了指数函数渗气模型,该模型直接以含水率,平均应力及应力比为参量,更便于工程应用。