现代土力学的研究内容可划分成饱和土为和非饱和土两大部分,在实际岩土工程中我们经常可以遇到多种土,其性状性质同饱和土力学的理论和原理不一致,但非饱和土土力学也是将土的性质同工程力学两者相互结合起来的一门学科。非饱和土体的基质吸力与含水率的变化存在什么样的函数关系,以及土水特征曲线的各种影响因素,比如初始干密度、不同竖向压力、初始含水率、孔隙比等,是非饱和土广受关注的一个热点研究方向。非饱和土体抗剪强度一直都是非饱和土土力学研究的重点,降雨入渗会使饱和度增大,随含水率增大,土的自重增大,同时基质吸力减少,此时抗剪强度发生变化,不同含水率和基质吸力对非饱和土边坡稳定的影响也是工程实践中急需解决的问题,因此,本文主要围绕非饱和土持水能力影响因素、建立适合非饱和土的非线性抗剪强度以及基质吸力对边坡稳定产生的影响进行了比较深入系统的探索和研究,本文主要研究工作分为以下四个方面:1.为了研究非饱和土的土水特性及其影响因素,加深对非饱和土土水规律的认识,利用实验室现有的仪器分别针对非饱和残积土和膨胀土进行了试验研究,通过土水特性试验,测定非饱和残积土和膨胀土的土水特性曲线。通过土水特性试验,测定含水率、土质、干密度、固结压力以及原状土等对非饱和土土水特征曲线的影响。采用三种函数对残积土和膨胀土的土水曲线进行拟合,得出具体的土水特征曲线表达式。根据试验测得的结果,分析干密度对残积土和膨胀土持水能力的影响,在试验的基础上通过分析干密度与土水特征曲线方程参数的关系,得出干密度、基质吸力、饱和度之间的数学关系表达式为r dS(28)f(u,?),可以通过该拟合方程来描述不同干密度膨胀土的持水能力。通过对非饱和残积土建立持水能力与干密度的关系表达式验证了本文建立的包含干密度的土水特征曲线表达式的适用性。2.非饱和土强度理论及其变形特性的研究可揭示非饱和土三相介质力学行为,为建立非饱和土本构关系打下基础,也可进一步建立饱和土与非饱和土统一的土力学理论,使其更好地应用到工程实践当中。非饱和土抗剪强度主要有三部分组成,其非线性主要体现在基质吸力的影响上,而基质吸力对非饱和土的总强度的影响与对非饱和土的总粘聚力的影响一致,因此本文建立了包含两个非线性相关系数n和a的非饱和土的总粘聚力和基质吸力的函数表达式,进而得到非饱和土的非线性抗剪强度表达式,并且对于同中土n和a具有相关性,是成对出现的;利用通过四种不同类型土的试验数据对本文建立的公式进行分析验证,结果表明其拟合效果较好,并且公式计算值与实际试验结果相比相差不大,与Fredlund等人提出的非饱和双应力状态线性计算公式相比,其计算值具有更好的吻合性。对给定的土体,两个非线性相关系数为常值,不会因为基质吸力或者饱和度的改变而改变,加上有效粘聚力和内摩擦角四个数值表达了非饱和土体的抗剪强度,因此适用性很强。3.基于非饱和土强度等理论,采用GDS非饱和土三轴仪试验系统对膨胀土进行非饱和状态下的三轴剪切强度试验研究,通过在试验过程中通过控制基质吸力控制不同的含水率,对非饱和膨胀的抗剪强度进行分析和研究。最后通过本文提出的非饱和土非线性抗剪强度理论公式对试验结果进行分析,得到了非饱和膨胀土的非线性抗剪强度表达式。基于非饱和土总粘聚力公式,通过室内三轴剪切试验得到不同含水率的非饱和残积土的总粘聚力和内摩擦角4.通过试验由土水特征曲线推导出含水率与抗剪强度指标的关系;建立极限分析的边坡计算模型;通过Bishop、Ordinary和Janbu三种极限分析方法以及强度折减有限元法,结合非饱和土的总粘聚力和摩擦角求解出不同含水率作用下土质边坡的安全系数,找出最危险滑动面;通过已测得的土水特征曲线得出基质吸力对边坡稳定的影响程度。强度折减有限元法计算得到的边坡安全系数,比Bishop、Ordinary和Janbu三种极限平衡分析方法的大,主要是因为强度折减有限元法考虑了塑性区的发展,并且能够模拟边坡破坏对应的塑性区发展过程,在边坡滑动面位置和形式未知条件下计算得到破坏滑动面,并可获得破坏滑动面处对应的应力应变关系也可以得到。