主应力轴旋转普遍存在于岩土工程中,地基土体经历交通荷载、波浪荷载、多向地震作用等动荷载作用后,作用于土体单元上的主应力方向会产生连续的旋转。主应力轴旋转的影响也早已引起了广大研究者的关注,随着空心圆柱扭剪仪在土工试验中的使用,目前国内外的研究者对主应力轴旋转条件下土体的变形特性和本构模拟方面开展了广泛的研究。主应力轴旋转过程中土体的一个重要特性就是塑性应变增量方向与应力方向不共轴。在实际工程中,如果忽略土体非共轴特性的影响可能会低估土体的变形而使工程设计偏于不安全。但目前有关主应力轴旋转的土体非共轴研究主要还是集中在砂土,应力路径也以主应力轴小幅旋转为主。无论在试验研究还是理论研究方面对于软粘土在主应力轴连续纯旋转条件下的非共轴变形特性的研究还都比较少。合理考虑土体的非共轴特性对准确预测主应力轴旋转条件下土体的变形又至关重要。为此急待丰富与完善考虑主应力轴旋转条件下软粘土非共轴变形特性的研究,以适应软土地区面临的越来越复杂的岩土工程问题。本文在已有研究成果的基础上,分别从试验研究、规律分析总结、模型建立等三个方面开了考虑主应力轴连续旋转影响的软粘土非共轴变形特性研究。给出了计算主应力轴连续旋转条件下软粘土非共轴角的计算模型,基于试验研究结果建立了考虑主应力轴旋转引起的软粘土变形的计算方法。本文主要研究内容和取得的研究成果如下：1.通过对杭州原状软粘土和重塑粘土进行的主应力轴大幅(>180°)连续纯旋转试验,重点研究了主应力轴连续旋转条件下软粘土的非共轴变形特性。分析软粘土在主应力轴单纯连续旋转条件下变形发展、孔压累积、刚度衰减等规律,并从微观结构层面对主应力轴旋转影响机理进行解释。试验结果发现：(1)定向剪切条件下原状粘土和重塑粘土的非共轴特性都不显著,随着剪应力增加塑性主应变增量方向和主应力方向基本趋于共轴；(2)主应力轴连续旋转条件下原状粘土和重塑粘土存在显著的非共轴特性,非共轴角随着主应力轴的旋转而波动变化,中主应力系数、剪应力水平、循环旋转次数和初始各向异性等对软粘土非共轴特性的影响不显著,土体非共轴特性主要受应力路径的影响和控制；(3)主应力方向的单纯改变会引起原状粘土和重塑粘土显著的塑性变形累积,随着主应力轴的旋转各应变分量也呈波动变化,试样会由于变形的不断累积而破坏。中主应力系数对应变分量的开展规律和试样破坏时的形态有较大的影响。随着剪应力水平的增加,主应力轴单位转幅引起的应变也逐渐增加。应变的变化规律与相应的应力分量变化规律相似,类似三角函数曲线,但应变曲线要滞后应力曲线20°左右；(4)主应力方向纯旋转也会引起原状粘土和重塑粘土试样孔压的显著累积,孔压的累积也随主应力轴的旋转呈波动变化。中主应力系数对孔压累积速率有一定影响。即使剪应力水平很低(q=5kPa,p=150kPa)的条件下,主应力轴纯旋转也会引起孔压显著累积；(5)按常规的设计思路,虽然应力幅值没有达到破坏水平,但是应力方向的单纯改变也会使土体发生破坏,并且主应力旋转对工程设计的不利影响还不仅仅体现在变形的累积上,还表现在孔压累积引起的刚度衰减；(6)从微观结构角度分析,主应力轴旋转引起的土体变形机理可以归结为大主应力旋转剪切对土体微观结构的扰动和破坏,使颗粒发生破碎或重新排列。2.通过对现有考虑主应力轴纯旋转的土体本构模型的分析总结之后发现只有合理考虑土体非共轴变形特性的本构关系才能较合理地描述试验结果揭示的土体变形规律。为此,本文对考虑主应力轴旋转复杂应力条件下的软粘土非共轴塑性流动特性进行了深入的研究。借鉴边界面模型的理论,基于定向剪切试验研究结果引入椭圆形的原状粘土破坏边界面,考虑非共轴塑性应变增量切向和法向分量的共同耦合影响,建立了考虑中主应力系数、剪应力水平等影响的软粘土非共轴角计算模型。通过与试验结果和计算结果的对比发现,该方法能较好地反映试验研究中得到的粘土非共轴变形规律。3.在分析总结主应力轴旋转条件下软粘土变形特性的基本规律基础上,结合软粘土的非共轴塑性流动规律,通过应力空间的转换将主应力轴纯旋转应力路径转换为一种加载方式(应变不变量的广义剪分量)。在广义塑性理论的基本框架下建立了计算主应力轴旋转引起的软粘土变形的方法。考虑非共轴的影响对三维条件下Rowe应力剪胀关系进行了的修正,在将主应变增量转换到一般物理空间坐标内时,采用考虑非共轴角影响的塑性应变增量方向角。最后对计算结果和试验结果进行了对比验证,表明通过非共轴修正之后的计算结果与试验结果更吻合。