“月壤采样”是中国探月三期工程的核心，主要目标是取得具有层理品质的月壤样品，其关键问题是月面低应力水平下(1/6 g)钻机与月壤的相互作用机理。由于月壤样品极其珍贵，而我国尚无月表采样经验，且对其力学特性认识不足。从而，亟需开展低应力下模拟月壤力学特性试验研究，阐明低应力下月壤的静力、动力以及本构特性，以便更好地评价月壤的钻取性能，这对顺利实现“月壤采样”具有重要的实用意义。　　针对不同孔隙比状态的CAS-1模拟月壤，首先开展一系列直剪、压缩、不排水三轴等基础力学特性试验，揭示模拟月壤在低应力水平下的抗剪强度特性、压缩特性、应力-应变特性。然后开展共振柱试验，弄清模拟月壤在低应力水平下动剪切模量与阻尼比的变化规律。随后开展各向等压、CD排气剪切、等p剪切等不同应力路径试验，阐明模拟月壤在低应力水平下的应变软化与剪胀特性。最后根据理论分析，建立可反映模拟月壤应变软化与剪胀特性的本构模型，并对比室内试验结果验证模型的合理性。论文的主要工作和成果如下:　　(1)开展了低应力水平下的直剪、压缩、不排水三轴等基础力学特性试验，对比研究了模拟月壤与真实月壤的颗粒特征，揭示了模拟月壤在低应力水平下的抗剪强度特性、压缩特性、应力-应变特性，分析了模拟月壤静力学参数的变化规律。试验表明:在20～80kPa的低竖向压力下，孔隙比e为0.8～1.1时，粘聚力c在2.8～5.0 kPa范围内波动，内摩擦角ψ在39.84°～41.09°之间波动;在0～100kPa的低竖向压力下的压缩曲线表现出先上凹、再下凹的变化特征;当孔隙比为0.9～1.1时，初始压缩模量Ec0为12.647～3.923MPa;在10～30kPa的低围压下，不同孔隙比试样的初始切线斜率α，峰值应力比ηf,残余应力比ηr均与围压呈对数线性递减关系。　　(2)开展了低围压和常规围压水平下的GDS共振柱试验，分析了不同孔隙比、不同围压对动剪切模量G及阻尼比λ的影响规律。试验表明:在低应力、孔隙比较大的条件下，模拟月壤的动剪切模量G较小，阻尼比λ较大;随着剪应变的增大，动剪切模量快速减小，阻尼比急剧增大。　　(3)基于Hardin-Drnevich双曲线模型，得到了低、常规围压下孔隙比为1.0和0.8的模拟月壤的G/Gmax与λ/λmax随动剪应变γ变化的平均拟合曲线以及相关的动力学参数值;给出了最大动剪模量Gmax、最大阻尼比λmax和参考剪应变γr与围压的相关关系，以及月壤采样深度范围内(深度0～5m，应力0～25 kPa)1.0和0.8两种孔隙比状态下的Gmax、λmax和γr的建议值，即Gmax:21.908～27.583 MPa和38.518～47.006 MPa，λmax:11.240～～9.415％和6.530～～5.520％,γr:1.407～1.489％和1.685～1.822％。　　(4)采用GDS-双室三轴仪，开展了不同应力路径试验，研究了低应力下模拟月壤的应变软化与剪胀特性。分析结果表明:随初始孔隙比递增，试验参数αk与初始切线体变模量Ki均线性递减;应力-应变曲线在峰值偏应力qf之前为硬化段，之后为软化段，而软化段又分为软化下降段和残余应变段;当应变软化下降到残余应变点εlr时，曲线进入残余应变阶段，试样出现剪切带;体变初期出现轻微剪缩，随后以线性剪胀为主，经过残余应变点εlr时，体变曲线向上转折，进入残余剪胀阶段。围压越高，强度越高，剪缩越大，剪胀越小;初始孔隙比越小，强度越高，剪缩越小，剪胀越大;初始孔隙比越大，体变曲线越分散;二次函数回归曲线可预测线性剪胀段发生转折的时机。随围压递增，峰值应力比ηf、残余应力比ηr均线性递减，峰值剪应变εsf、残余剪应变εsr均线性递增;随初始孔隙比递减，峰值应力比ηf、残余应力比ηr均线性递减，峰值剪应变εsf、残余剪应变εsr均线性递增;线性剪胀和残余剪胀均与剪应变呈线性发展规律，剪胀特性参数αG和αR、残余剪应变εsr均与围压呈良好的线性递增关系。　　(5)针对低应力下应力比-剪应变曲线，采用分段回归分析方法，提出了双曲线和指数公式，得到了相关力学特性参数，并分析了参数的变化规律。结果表明:硬化段符合双曲线规律，软化段服从指数规律;初始切线斜率1/a2与围压、初始孔隙比均呈良好的线性递减关系;软化系数λ越大，软化段越陡;当初始孔隙比为0.6～1.0时，软化系数λ为0.210～1.199。　　(6)建立了一套可反映模拟月壤在低应力水平下应变软化与剪胀特性的修正K-G模型，该模型采用双曲线和指数模型分别刻画应变硬化和应变软化，采用对数与直线的组合模型描述体变，给出了模型参数的简便计算方法，通过CAS-1模拟月壤、粉细砂与粗粒料的试验结果，验证了模型的合理性。