土孔隙中不仅有液相的流动，也有气相的流动。非饱和土的土水特性，表征了非饱和土中基质吸力以及水、气渗透性与含水量的相关关系，包括土水特征曲线和相对渗透率曲线。土水特性是解释非饱和土行为和求解水气运动的基本本构关系，是构筑非饱和土中各种重要关系的基础。传统测试土水特性的方法大都未能考虑土孔隙中气相的作用，而且土水特性三条曲线的测定往往是分开进行的，难以保证三个本构关系的相容性。本文基于水气二相流的基本理论，开展了非饱和土水特性的测试理论和方法的研究，开展的主要研究如下：1）基于土中水气二相流的基本理论，提出一种新的非饱和土水特性测试方法。测试方法包含数值反算部分和测试试验部分，能反映非饱和土中水、气相互作用特征，同时得到土样的土水特征曲线和水、气相相对渗透率曲线，保证了三条本构关系的相容性。2）发展了一种水气二相流耦合求解与区间逼近相结合的土水特性反算方法。反算方法找到了合适的水气二相流解耦路径和参数优化路径，能够结合特定的土水特性数学模型反算得到土样的非饱和土水特性。编写了相关计算程序，通过干过程和湿过程的模拟，验证了反算程序的正确性、收敛性及数值稳定性。3）自主设计了一个干湿循环多步流动试验系统。试验系统能够模拟土样中水气耦合运动，能够根据土样中水流动状态自动施加干湿循环条件，实时采集试样边界条件和溢出水总量，为土水特性数值反算提供了数据支撑。4）验证了测试方法的正确性和适用性。根据实时采集试样溢出水流量和边界条件、初始条件，结合相应的数值反算程序，同时得到了试样非饱和土水特征曲线和水、气相相对渗透率函数曲线。将测试所得的非饱和土水特性作为已知条件，进行水气二相流耦合求解，对比分析计算的溢出水量与试验采集溢出水量以及水分运移规律，验证了测试方法的正确性。