当前非饱和土力学研究主要通过吸力控制型试验开展，但试验效率低且操作复杂导致了其与工程实践脱节；非饱和土工程问题频发，岩土工程师难以通过常规试验全面描述非饱和土特性，因此研究分别通过两种试验手段揭示的非饱和土特性之间的区别与联系，有着重要的现实与理论意义。本文以毛乌素砂为研究对象，通过压力板仪、吸力控制型与含水量控制型三轴试验研究，得出了以下主要成果：1.针对压力板仪的不足，提出利用电子压力表提高吸力量测的精度；利用电子天平与蒸发校正对照组实现了精确量测土样中水分质量的变化；建立数据采集系统避免人为读取数据造成的误差积累。2.针对GDS非饱和土三轴仪的不足，提出设置低量程高精度调压阀与电子压力表实现低吸力控制；设置电子天平与蒸发校正对照组实现了低孔隙水压力控制条件下对试样中水分变化的精确量测；配置稳压器，大幅减小了电压不稳引起的试验数据震荡。3.通过分析三轴试验结果并结合土水特性得知，毛乌素砂受水分状态路径影响，增湿路径下，c值随含水量增加出现峰值，φ值逐渐减小；减湿路径下，c值随含水量减小逐渐增加，φ值逐渐增大；通过比较不同水分状态路径下的抗剪强度值，得出了相同吸力下，减湿路径的抗剪强度高于增湿路径的结论。4.三轴试验结果显示：毛乌素砂饱和状态存在应变软化现象与剪缩性；增湿路径下，应变软化现象明显；减湿路径下，存在应变软化现象与先剪缩后剪胀特性。5.以邓肯-张双曲线模型为蓝本，通过整理三轴试验数据，结合土水特性得知：邓肯-张模型参数K随着含水量（吸力）变化出现峰值（处于土水特征曲线陡降段内）；受水分状态路径影响，相同吸力水平下，减湿路径试样K值高于增湿路径的K值；从饱和到干模型参数n值逐渐增大；进而得到毛乌素砂Ei/pa值，随含水量（吸力）变化出现峰值的结论。