土的本构模型描述土的应力应变关系,通常以土工试验结果为依据,引入一定的假设,将荷载和变形用数学表达式联结。本构关系是分析土工结构承载力和变形稳定的基础,因而成为土力学和岩土工程中最重要和最有活力的研究课题之一。三轴试验由于应力条件明确、土样接近真实受力状态,成为建立土的应力应变模型和确定模型参数的主要试验方法。传统的三轴试验由于变形测量技术限制或本构模型简化,将土样视为均质的单元体,根据其整体表现的应力应变曲线建立了众多复杂的非线性弹性模型和弹塑性模型。然而,借助于全表面变形测量系统,三轴剪切试验中土样在出现局部破坏后各处呈现不同的变形特征,表现为结构体渐近式破坏,将其完全视为单元体有失合理性。新的本构模型基于不同阶段土样的变形特征,将三轴试样分为破坏前、破坏中和破坏后三个阶段,认为破坏前试样各点遵循一致的应力应变关系;破坏阶段为试样由局部破坏发展至贯穿破坏的渐近破坏过程;破坏后试样呈现类刚体滑移状态,此阶段的试样变形主要源于不同区域间的摩擦滑动。基于上述思路,以未破坏阶段土的应力应变性质为主要研究内容,本文主要完成了以下工作:（1）推导并构建了基于土样全表面变形测量系统的简要数字模型,实现试样表面特征点三维坐标与成像平面对应二维坐标间的双向推算,为重建试样三维形态、分析局部变形和试验误差提供了新思路。（2）针对ISO标准砂和金刚砂进行了一系列三轴剪切试验和三轴循环加卸载试验,以整体和局部视角分析了三轴土样在不同阶段的变形特征,同时根据其整体的应力应变曲线分析了试验条件对变形和强度的影响,进一步表明新本构模型构建思路的合理性。（3）基于三轴循环加卸载试验结果,采用等效模量量化未破坏阶段各循环内的变形特征,提出了加、卸载等效模量与循环次数间的双曲线模型,证明模型参数分别表示等效弹性模量的倒数和初始加、卸载等效塑性模量的倒数,并分析了试验条件对于等效弹性模量的影响,提供了一种基于新本构模型构建思路的弹塑性分离方法。