土-水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve,简称 SWCC)描述了非饱和土中含水量(或饱和度)与基质吸力(或土水势)之间的关系,是描述非饱和土水力特性最为重要的本构关系之一。土-水特征曲线存在滞回效应,即在干化和湿化过程中饱和度和吸力不是一一对应的关系。影响土-水特征曲线的因素较多,其中变形的影响尤为显著,变形不仅对主干线和主湿线有很大影响,对扫描线也有着不可忽视的作用。因此,本文以孔隙比作为描述变形的指标,建立了一个同时考虑变形及滞回效应影响的土水特征曲面模型,主要研究内容和结果如下:(1)总结了国内外土-水特征曲线的研究现状,包括土-水特征曲线的影响因素、土-水特征曲线模型以及土-水特征曲线的应用等。其中在土-水特征曲线模型部分,分别总结了经验公式拟合的SWCC模型、考虑变形的SWCC模型以及考虑滞回效应的SWCC模型等,并对各类模型进行了分类。(2)以边界面理论为基础,建立了一个同时考虑变形和滞回效应影响的三维非饱和土土水特征曲面模型。模型的本构方程以吸力和孔隙比为自变量,饱和度为因变量。首先,基于试验结果推导了考虑变形的主干和主湿边界面方程;其次,建立映射法则,推导边界面塑性模量和扫描线塑性模量之间的关系;随后,通过边界面方程确定边界面的塑性模量,通过映射法则确定扫描线的塑性模量和增量方程;边界面方程与扫描线增量方程共同构成了考虑变形及滞回效应影响的三维土水特征曲面本构方程。给定饱和度-吸力-孔隙比空间中的任意一点,即可通过所建立的本构方程确定其扫描线。(3)完成所建立三维土水特征曲面模型在饱和度-吸力-孔隙比三维空间中的实现。利用Matlab将本文所建立的三维土水特征曲面模型中的主湿面、主干面以及通过计算得到的扫描线绘制于(Sr-s-e)空间中。通过分析发现:在同一孔隙比条件下,吸力增加会导致饱和度的减小;在同一吸力条件下,孔隙比增加也会导致饱和度的减小。滞回圈面积随初始孔隙比增大而增大。(4)通过编程实现所建立模型的预测功能,并通过与试验结果的比对验证模型的适用性及预测精度。结果表明:在对珍珠黏土、粉壤土、硅砂以及膨润土/高岭土混合土体四种不同土样的不同试验路径进行预测时,无论在吸力-饱和度、孔隙比-饱和度二维平面下还是饱和度-吸力-孔隙比三维空间中,本模型的预测结果与试验数据点的吻合性都较好,验证了本文所提的模型的适用性和可行性。