在传统塑性理论中,通过正交流动法则利用塑性势函数的正交梯度确定塑性应变增量的方向。然而,土的变形受静水压力影响显著且具有剪胀性,其塑性势函数难以直接利用试验结果合理构造。本文利用屈服函数的非正交梯度确定塑性应变增量的方向,提出了土的三维非正交塑性流动法则,避免了塑性势函数构造困难的问题,建立了土的三维非正交弹塑性本构模型。取得主要研究成果如下:1.提出了土的三维非正交塑性流动法则利用分数阶微分确定的梯度与被微函数在坐标空间中的非正交特性,提出了用分数阶微分表述的三维非正交塑性流动法则,其几何含义是,首先在屈服函数不变量表达的坐标系内,利用分数阶微分确定塑性应变增量的方向;然后通过协变变换转换到一般应力坐标系。在临界状态理论的框架内,采用椭圆形的屈服函数,以塑性体应变为硬化参数,基于非正交塑性流动法则,给出了分数阶次的物理含义及确定方法,发展了土的非正交临界状态理论。2.建立各向同性土的三维非正交弹塑性本构模型在特征应力空间中,直接利用平均应力与广义剪应力表达的椭圆形特征屈服函数可以反映拉压不同的真三轴屈服特性;在特征屈服函数中采用了塑性体应变的硬化参数,通过一致性条件确定了塑性乘子;利用所提非正交塑性流动法则,确定了真三轴应力条件下土的塑性流动方向;采用与临界状态理论一致的建模方法,建立了正常固结土的三维非正交弹塑性本构模型,能够反映土的三维临界状态特性。利用三维非正交塑性流动方向描述塑性体应变增量与塑性剪应变增量的比例关系,反映了砂土的剪缩/胀规律;通过构造与塑性流动规律相协调的硬化参数,建立了能够描述三维应力条件下砂土剪缩/胀性的非正交弹塑性本构模型。所建模型简单,无需构造塑性势函数,发展了土的三维非正交弹塑性建模方法。3.建立横观各向同性土的三维非正交弹塑性本构模型基于剪切滑动面与沉积面的相对方向,将微观结构张量投影到滑动面方向向量上,描述横观各向同性土的强度特征,提出了横观各向同性土的强度参数;利用所提强度参数结合各向同性强度准则,发展了横观各向同性土的强度准则建立方法。在特征应力中引入横观各向同性土的组构张量,直接利用所发展的弹塑性建模方法,建立了横观各向同性土的三维非正交弹塑性本构模型,合理地考虑了三维应力条件下横观各向同性土的变形规律。开展了横观各向同性土的真三轴试验研究,验证了所提非正交模型与横观各向同性强度准则的合理性。