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土是由土颗粒、空气与水组成的三相材料,而土体水分运动参数是研究非饱和土中水分迁移形式的基础。许多经验或理论模型已经被提出用于直接或间接预测土体渗透率、扩散系数与土水特征曲线。其中获取扩散系数的试验方法较为繁琐,因此本文将探讨如何基于土水特征曲线和渗透率准确间接预测扩散率。最后利用优化后的计算方法预测的土样扩散率与试验值对比,给出适合不同类型土样的土水特征曲线模型与渗透率模型的推荐组合方法。土水特征曲线方程揭示土体微观孔隙或者颗粒级配的大小与分布特征,而不同的颗粒排列和胶结形式不仅影响土的水力学性质,同时也导致土在应力应变关系中发生软化或剪胀等现象。在结构性土本构模型研究中,主要问题在于如何解释结构性参数及其演化规律,因此本文将尝试利用水土特征曲线方程解释结构性的退化。本文主要研究方法与内容如下:(1)利用土的颗粒级配曲线,分析了粉质壤土与砂土、砂质壤土在残余含水率阶段的水分运动参数变化趋势不一致的原因。为了准确预测粉质壤土扩散率,基于此在既有的渗透率模型中引入修正参数从而建立了新的渗透率经验和统计模型。同时提出了利用进气值对渗透率统计模型预测值进行修正的新方法。基于扩散率预测值的线性坐标和半对数坐标下的均方根误差,给出了适合不同种类土样的模型组合方法。(2)分析了结构性土、超固结土与胶结土在微观角度上不同颗粒排列与接触形式,以及对其力学行为的影响。在修正剑桥模型基础上引入非关联流动法则、结构性等参数及其演化方程,其中假设结构性随塑性应变的演化规律类似土水特征曲线方程的形式。然后分析参数变化对土的硬化软化、剪胀剪缩及抗剪强度等的影响。(3)最后采用新提出的弹塑性本构模型对人工改良砂土和天然结构性土的三轴排水试验及压缩试验数据进行预测。并且将模型拟合参数结果和土样真实物理性质、模型参数分析规律进行比较,验证新的本构模型在验证结构性土力学行为的有效性与准确性。