为研究合肥地区黏性地基土的非饱和工程特性,选取该地区某铁路地基土为研究对象,依次分析了地基土的工程地质特性；物质组成特性,包括：颗粒组成特性,矿物成分、化学成分及相互之间的耦合特性,级配及矿物成分对基质吸力的影响特性等。区别于常规饱和土的试验方法,采用非饱和土压力板仪、能控制基质吸力的非饱和土四联直剪仪及非饱和土三轴仪对黏性地基土进行了不考虑应力、考虑净竖向应力及净平均应力的SWCC试验,分析了地基土在不同应力状态下的土水特性；并结合非饱和土孔隙体积分形模型和Van Genuchten模型,分析了地基土土水特征曲线的分形特性,综合研究了试验段黏性地基土的非饱和土水特性。利用非饱和土固结仪和三轴仪对地基土的一维和三维压缩变形及蠕变变形特性进行了相应的试验研究；最后利用非饱和土三轴仪对地基土进行了考虑基质吸力、净围压和干密度的三轴排水剪切试验,研究了其非饱和强度特性。通过上述研究,主要得到以下几方面的结论：(1)试验段地基土中主要黏土矿物为蒙脱石和伊利石；化学成分主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3;地基土的残余含水率与黏粒含量呈现出明显的线性正相关,而与粉粒含量呈现出线性负相关；残余基质吸力与黏粒含量呈非线性负相关,而与粉粒含量呈非线性正相关；同时,残余含水率和残余基质吸力与地基土中蒙脱石的含量呈明显的线性关系,而与伊利石的含量并无明显相关性。(2)相同大小的应力作用下,考虑净平均应力的SWCC呈现出边界效应、过渡及非饱和残余三个区段,考虑净竖向应力的SWCC只出现过渡及非饱和残余段,而不受应力的SWCC,过渡段比较明显,并呈现出水平的直线段,边界效应和非饱和残余段均不明显；针对试验段黏性地基土,得到一种同时考虑净竖向应力、净平均应力和基质吸力的广义土水特征曲线模型；基于非饱和土孔隙体积的分形模型和土水特征曲线的Van Genuchten模型,得到一种基于Van Genuchten模型参数求解非饱和土分维数的理论解。(3)提出吸力切线压缩系数的概念,通过试验发现试验段黏性地基土的吸力切线压缩系数随净竖向应力的增大呈现出指数形式的衰减规律；屈服净平均应力随吸力的增大而增大,而屈服吸力随净平均应力的增大呈现出线性减小,并根据Barcelona模型得到试验段黏性地基土的非饱和LC和SI屈服线。(4)不同基质吸力的一维蠕变变形随时间的变化规律大致可以分为两个阶段：①第一阶段,变形随时间的增长呈现快速增长；②第二阶段,变形随时间的增长逐渐趋于稳定；对于试验段的黏性地基土,其一维非饱和蠕变特性的时间函数呈幂次关系,且含水率的增加会同时引起回弹变形和压缩变形。(5)提出将基质吸力与净围压的比值作为一种新的应力水平F,发现不同应力水平下地基土的三维蠕应变与时间之间呈现出良好的双曲线关系,而在半对数坐标中呈现良好的线性关系；不同应力水平F下的ε-lgt曲线均可大致看作由两个直线段构成,分别代表了加速蠕变和稳定蠕变两个阶段,两阶段的时间节点随F的增大呈现线性的减小。采用幂函数描述三维应力-蠕应变的关系,用双曲线函数描述三维蠕应变-时间之间的关系,得到一种考虑应力水平F的非饱和土三维蠕变模型,通过试验验证,该模型可以用于描述试验段非饱和黏性地基土在不同基质吸力条件下的蠕应变-时间关系。(6)不同基质吸力的应力应变曲线可分为两个阶段：①偏应力随轴向应变增大的阶段；②偏应力随轴向应变增加基本稳定的阶段；不同基质吸力条件下的qf和pf呈现出良好的线性关系；并分析了不同基质吸力条件下吸应力及剪切时的屈服应力与基质吸力之间的相关关系以及剪切强度指标c’、φ’和φb随干密度的变化规律。