非饱和土的力学及水力性质在一定程度上是其微观结构特征的宏观体现。对于双孔结构非饱和土,包括工程应用和实验室经常接触的压实黏土和部分的膨胀土,其内部结构包含集聚体间孔隙与集聚体内孔隙两种典型孔隙(又分别称为宏观孔隙和微观孔隙),且该结构特征对其力学与水力性质有着重要的影响。针对双孔结构非饱和土微观特征,深入研究其微观结构对力学、水力性质的影响和三维应力状态下的水-力耦合本构关系,并取得了以下成果:(1)总结了土的结构的定义、分类、特征与测试方法,着重阐述了单孔结构土和双孔结构土在微观结构方面的区别;梳理了受微观结构影响的土的力学及水力性质,包括抗剪强度、膨胀性、湿陷性、灵敏度和土-水特征曲线,其中重点研究了双孔结构土土-水特征曲线的特征及其与双孔结构的联系;分析了受微观结构影响的参数和变量,并给出各参数和变量的特征及应用范围;综述了非饱和土水-力耦合特性和相应的本构模型研究现状。(2)选择有效饱和度作为反映双孔结构对力学及水力性质影响的指标,将该指标引入Bishop有效应力公式,建立了能反映双孔结构非饱和土微观特征的Bishop有效应力公式;以非饱和土水-力全耦合本构模型(GCM)和修正剑桥模型为基本框架,选取广义应力、应变张量,结合相关联流动法则、硬化法则和一致性条件推导并建立三维应力状态下的双孔结构非饱和土水-力耦合本构模型;(3)通过MATLAB编程实现模型的预测功能,分析了所建立本构模型在不同应力路径下的模型响应,阐述了分别采用有效饱和度和饱和度的模型在同一应力路径下预测的广义应力-应变特性的异同,并利用所建模型研究了模型参数对模型预测能力的影响。研究结果表明,所建的采用有效饱和度的本构模型预测的水力及力学性质同采用饱和度的模型有明显区别,两者的有效应力路径、体积变形趋势和饱和度变化曲线存在显著差异。残余饱和度、耦合参数、饱和土的正常固结线斜率、主干/湿曲线斜率和扫描线斜率等参数,能使得同一应力路径激活不同的屈服机制并表现出不同的应力、应变状态。(4)选取具有双孔结构的Speswhite高岭土、Josigny粉土、珍珠土、枣阳膨胀土和南阳膨胀土,基于上述类型土样的等向压缩、三轴剪切和干湿循环试验数据,开展所建立本构模型的试验对比验证。研究结果表明,尽管本文建立的双孔结构非饱和土本构模型会高估剪切时达到临界状态所需的轴向应变,但总体上能够准确地预测各土样在不同应力路径下的广义应力-应变特性,且模拟效果远优于仅考虑饱和度的水-力耦合本构模型,证明了所建模型的预测能力及适用性。