土体在地震荷载、交通荷载及波浪荷载等条件下,主应力轴相对土体发生旋转,这种应力条件下其力学特性和主应力固定条件下明显不同。对于砂土而言这个现象尤为显著,因为其细观结构由离散颗粒组成,使得砂土在主应力旋转的条件下主应变方向不是沿着主应力方向发展,产生了明显的非共轴现象。非共轴特性在传统弹塑性理论框架下根本无法描述,因此复杂应力状态下的变形规律及本构关系的研究自然成了目前岩土工程领域关注的焦点和难点问题。尤其是预测土石坝、路基等人工填方构筑物及其地基土体实际力学响应的基础,非共轴不论是在理论上还是实践当中都有着重要的意义。砂土非共轴的内在成因在于它的细观各向异性组构,传统弹塑性理论是在各向同性假设基础上建立,因此给非共轴描述带来了极大的挑战。为此,本文在课题组提出材料特性相关塑性位势理论的基础上,考虑砂土细观组构特性的影响,建立以考虑主应力旋转等复杂应力条件的砂土各向异性本构模型。从细观组构、破坏规律、剪胀机理等方面入手,对主应力轴旋转条件下各向异性砂土的强度和应力应变关系进行了研究。主要内容如下：(1)提出了可以考虑主应力旋转特性的砂土破坏准则。该准则基于课题组在砂土细观组构和定量检测方法的最新进展,采用宏细观结合的方法,用组构张量与应力张量的四种组合变量为基础,提出了一个新的各向异性状态变量,此状态变量由应力张量和组构张量的缩并形式得到,将定义的各向异性状态变量引入广义M-C方程建立了一个适用于各向异性砂土体的破坏准则。该变量定义形式简洁,物理意义相对清晰,建立的各向异性准则可描述主应力轴旋转和固定条件下,各向异性砂土的破坏规律。(2)建立了可以考虑主应力轴旋转的砂土各向异性本构模型。该模型基于材料特性相关塑性位势理论,针对传统弹塑性力学的各向同性假设的限制,将土体变形得到分配法则和其细观组构联系起来,考虑细观组构对剪账性的影响,建立了砂土的各向异性临界状态本构模型。相对于其他的模型,该模型形式简单,能够用一套参数描述较广的土体变形,可以描述主应力轴旋转条件下的砂土变形的非共轴特性。(3)对主应力轴旋转条件下砂土表现的非共轴现象进行了模拟分析。编制了本构模型的Matlab程序,对三维空间π平面上砂土表现的非共轴特性进行了描述,结果表明：模型能够较全面描述其不同应力罗德角非共轴角的变化规律;利用日本丰浦砂的空心圆柱试验结果,对几种应力围压下,砂土的单调加载、纯主应力轴旋转和混合加载条件下砂土表现的非共轴特性进行了模拟分析。结果显示：材料特性相关位势理论能够较好描述该条件下表现的非共轴特性,能够反映砂土细观组构对宏观非共轴程度的影响。初步验证了该理论及模型的有效性和合理性。