在自然界中非饱和土可能受到各种荷载作用,特别是受到动力荷载的作用,针对非饱和土的动力特性研究尤为重要。以往的研究中大多采用理论模型进行非饱和土的动力特性分析,但理论模型在复杂荷载情况下特别是在动真三轴试验的验证中,由于仪器较为昂贵且操作较为复杂,很多实验室不具备验证理论模型的试验条件,所以复杂荷载动真三轴情况下难以判断理论模型的正确性。采用PFC3D进行数值模拟不仅可以从细观层面分析试样加载过程中的微观变化,同时PFC3D可以对非饱和动真三轴试验及大型工程问题进行数值模拟分析,进而验证理论模型的正确性。本文针对江西非饱和红土,通过大量土工试验得出理论模型计算及PFC3D细观参数标定所需必要参数,采用GDS非饱和三轴仪与温控饱和动三轴仪进行室内静、动荷载三轴试验,并在室内进行了隧道振动对周围土体动力特性影响的模型试验。在进行PFC3D非饱和土数值模拟时,以往的研究采用等量代换或二次开发等方法模拟非饱和土试验,但等量代换法存在较大误差且与实际非饱和土试验不完全相符,二次开发对编程能力要求较高,实现起来较为困难,难以推广。本文通过调用可以直接给颗粒间赋予基质吸力的Hill接触模型对非饱和土三轴试验进行数值模拟,更加方便、准确得实现了对非饱和土的数值试验研究。通过将非饱和土动力特性理论模型与PFC3D中隐藏算例包Hill接触模型结合建立了柔性边界的常规静、动三轴与静、动真三轴数值模型,并以室内模型试验箱为基础建立了 1:1数值模型,数值模拟结果表明Hill接触模型在PFC3D中可以很好的模拟非饱和土材料,为非饱和土的研究提供了新方法。研究内容及结论如下:（1）在PFC3D中存在很多类似Hill接触模型的自定义接触模型算例包,Hill接触模型以液桥理论为基础,通过程序自动判断颗粒间隙是否小于等于2倍的最小接触颗粒半径,若符合条件则直接给颗粒间赋予基质吸力,通过将Hill接触模型与柔性边界相结合建立了与室内试验相同的数值模型,结果显示数值模拟与室内非饱和土试验数据在合理误差范围内,总体上吻合程度较高,为后续研究提供了理论支持。（2）通过室内基本土工试验、压缩回弹试验、抗剪强度指标试验得到理论模型计算及PFC3D细观参数标定所需必要参数。数值模型以室内试验结果为细观参数标定基础,根据模型特点以杨氏模量、泊松比、摩擦系数和颗粒局部阻尼为主要细观参数进行标定,将所得细观参数带入数值模型中建立非饱和常规静三轴数值模型并与室内试验结果对比,结果显示二者应力-应变曲线及体应变-轴向应变曲线误差在5%以内,整体上较为吻合,说明Hill接触模型可以用来模拟非饱和土试验。（3）以室内试验为原型并结合理论模型采用PFC3D建立了不同压实度、不同基质吸力、不同围压的常规静三轴试验,将数值模拟结果与室内试验和理论计算结果进行对比,发现曲线结果误差在5%以内,基质吸力和围压越大,试样的偏应力与体应变越大,压实度越大试样的偏应力越大、体应变越小。数值模拟中试样的位移图及力链图为非饱和土的微观层面研究提供了可靠支持,分析发现围压与基质吸力越大试样抵抗变形的能力越强。根据室内试验和课题组成员所提三剪次加载面理论建立了不同基质吸力、不同围压、不同振动幅值的常规动三轴试验,将数值模拟与试验数据进行对比发现,二者应力-应变及轴向应变-循环次数曲线存在较小误差,误差在合理范围内,分析结果发现围压和循环荷载幅值增大,滞回圈面积变小,动剪切模量增大,基质吸力增大累计塑性变形和滞回圈面积均减小;在进行动三轴数值模拟中配位数的变化反应试样的宏观力学行为,增大围压和基质吸力配位数变大,加载过程中配位数的下降趋势与变化幅度均减小,循环荷载幅值增大,配位数下降速度与振动幅度增大。（4）依据课题组成员建立的三剪次加载面理论模型,本文采用PFC3D建立了不同压实度、不同基质吸力、不同主应力条件的静真三轴试验,通过与课题组成员所建立的理论模型互相验证确定了理论模型计算所需主应力影响系数b值,对比二者应力-应变及体应变-轴向应变曲线发现误差为7%,验证了理论模型的正确性,同时说明采用Hill接触模型可以模拟非饱和土真三轴。分析结果发现分别增大压实度与基质吸力,应力增大、体应变减小,增大中间主应力与最小主应力,体应变与应力均增大。通过数值模拟静三轴计算得到b值后建立压实度为80%,不同主应力条件、不同基质吸力、不同振动幅值的动真三轴数值模型,将数值模拟结果与理论计算结果对比发现二者应力-应变曲线误差在合理范围内,增大循环荷载幅值,累计塑性应变增加,分别增大最小主应力σ’3和中间主应力σ’2累计塑性应变减小,增大基质吸力动剪切模量增大、累计塑性应变会减小,动真三轴与常规动三轴配位数变化规律相似,分别增大围压、基质吸力和中间主应力σ’2,配位数增大、下降速度和变化幅度减小,增大最小主应力σ’3,配位数减小,下降速度和变化幅度增大。（5）为深入探究复杂荷载下非饱和土的动力特性,本文建立了隧道振动对周围土体动力特性影响的室内模型箱,通过监测内部土体应力变化和表面土体位移沉降发现,模型作为对称结构左右隧道周围土体及隧道前后剖面土体应力变化基本相似,隧道下方土体隧道振动过程中存在应力叠加现象,应力变化明显大于上方隧道土体,距离隧道越远土体应力变化越小,埋深越大土体应力变化曲线峰值越大、幅度约小,振动荷载越大土体应力变化曲线峰值和幅度越大。隧道正上方表面土体沉降位移大于两隧道中间土体和两侧土体,埋深越大,表面土体沉降位移越小,受到试验条件限制,振动荷载增大,表面土体位移沉降不增反降,但整体趋势正确。采用PFC3D中Hill接触模型建立了与室内模型试验1:1的数值模型,通过与室内模型试验所得土体应力变化曲线进行对比发现,数值模拟与室内试验土体应力变化曲线结果较为吻合,验证了所建立的Hill接触模型在复杂荷载下对非饱和土动力特性分析的可行性。PFC3D中隧道振动过程中内部土体颗粒位移场及速度场云图弥补了室内试验难以观察到隧道振动过程中内部土体位移变化的缺憾,位移场云图结果表明隧道上方土体向隧道拱顶聚集,拱底下方土体向深层扩散,距离隧道越远颗粒位移越小。速度场云图结果表明隧道周围土体运动速度最大,模型内土体在振动过程中螺旋移动,两种云图的共同点为两隧道中间位置土体受到相反方向的振动波作用形成明显的分隔带,此处颗粒位移与速度均较小。