研究主要任务及方向一：非饱和土力学机理及其环境效应研究

研究内容1：复杂条件下多尺度的非饱和土水-力学机理研究

（1）建立复杂环境条件下非饱和土及其特殊土的力学行为表征的试验平台，进行高温、低温、降雨、蒸发、静态、动态等条件下非饱和土的水-力学性质测试，研究各种环境影响因素对非饱和土的力学机理及其演化规律，包括非饱和土（常规非饱和土、非饱和膨胀土、非饱和黄土、非饱和冻土等）的水分变化特性、渗气特性、渗水特性等性质。

（2）根据非饱和土天然边坡、实际工况条件，研究非饱和土对不同应力路径、应力历史及应力水平的力学响应。通过不同尺度的试样及试验、不同加载方式、不同加载速率、不同应力历史及不同应力大小的力学性质试验及数值仿真，从强度特性、破坏特性及变形特性三个角度依次分析非饱和土的力学变形规律及其演化机理。

（3）非饱和土材料一般具有碎散性、三相性及自然变异性，这三个性质是对土体成因、组成矿物成分、颗粒粒径、水气状态、结构和构造等因素的反映，也是非饱和土力学性质与变形规律的根本来源。从以上因素可知，非饱和土性质可从三个尺度分析：微观、细观和宏观，通过微观尺度分析土体的矿物成分、水、气的相互作用与微观结构；通过细观尺度分析土体矿物组成成分及其含量，可通过改变各组成分讨论土体力学变形规律；通过宏观尺度可分析土体宏观结构及其构造的力学变形规律；并最终通过一定研究方法将三个尺度的研究统一，从多尺度全面研究非饱和土的力学变形规律。

研究内容2：多学科交叉、多场耦合的非饱和土本构模型研究

（1）研究非饱和土本构模型，其理性力学主要包括混合物理论、不可逆过程热力学、弹塑性力学、损伤力学、现代土力学；其数学方法主要包括传统微积分理论、分数阶微积分理论、概率学理论、线性代数理论、复变函数理论、傅里叶变换及拉普拉斯变换理论等；计算机理论主要包括有限元理论、有限差分理论、离散元理论等，通过这些理论，建立可反映非饱和土非线性、弹塑性及胀缩性的本构模型。

（2）非饱和土范畴内还包括非饱和膨胀土、非饱和湿陷性黄土、非饱和冻土、非饱和软土等，影响这些非饱和土力学性质的主要物理场可分为湿度场、温度场、应力场、时间场等，在这些复杂多场的耦合作用下，建立可反映非饱和土强度特征、破坏特征、变形特征的湿-热-力-时间本构模型。

研究内容3：非饱和垃圾土力学机理及其环境效应研究

（1）在城镇周边（尤其是大型、超大型城市）的垃圾场存在大量的非饱和垃圾土，其组成成分对非饱和垃圾土的性质影响极大。研究非饱和垃圾土在不同组成成分含量、不同降雨及不同温度等条件下的水气运移特性，尤其是渗滤液的渗透特性。

（2）非饱和垃圾土在不同组成成分、不同渗滤液、不同含水率等条件下的强度特性、破坏特性及变形特性，建立非饱和垃圾土的应力、应变与主要影响因素之间的数学关系式，明确非饱和垃圾土的稳定性、强度和变形机理。

（3）非饱和垃圾土场地必然与周边环境相互作用，在明确非饱和垃圾土水气渗透特性的基础上，有必要深入探讨非饱和垃圾土与天然常规非饱和土的作用机理，主要包括渗滤液离子含量、水分含量等对常规非饱和土强度、变形和破坏特性的影响方式及大小。同时，还探明非饱和垃圾土对常规非饱和土土质的影响方式、范围及大小。