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黄土是干旱半干旱地区的沉积物，由于其特定的生成环境和存在的历史环境，形成明显的柱状节理和大孔隙结构，这种独特的结构性直接影响着黄土的力学性状和工程性质。而我国西北黄土高原地区由于在干旱、半干旱及地下水深埋的条件下，地表土常处于非饱和状态。非饱和黄土是一种典型的结构性土，有其自身特殊的工程性质与力学性质。随着国家西部大开发战略的实施，很多基础设施的建设需要在这一区域进行，所以对非饱和黄土进行研究具有重要意义。
本文以陕西离石黄土、陕西马兰黄土和宁夏马兰黄土为研究对象，首先对三种黄土进行了基本物理、化学指标的试验研究，得出陕西马兰黄土和宁夏马兰黄土属粉质粘土，离石黄土为粉土。陕西离石黄土和马兰黄土的矿物成分主要有：绿泥石、伊利石、石英、长石、方解石、白云石，且这两种土的矿物成分相似；宁夏马兰黄土除含有以上矿物外，还包含闪石，其矿物成分与陕西黄土有较大区别。通过湿陷性试验，得出陕西马兰黄土和离石黄土属中等湿陷性黄土，宁夏马兰黄土属强湿陷性黄土。
对于研究区黄土的抗剪强度性质，本文做了如下研究：通过对三种原状黄土进行直剪试验，分别得出陕西离石黄土、陕西马兰黄土和宁夏马兰黄土在100kPa、200 kPa、300 kPa、400 kPa时的剪应力-剪切位移关系曲线以及三种黄土的抗剪强度与垂直压力关系曲线，由此得到三种原状黄土在饱和状态时的抗剪强度指标。对试验黄土分别在200kPa，300kPa和400kPa围压下进行三轴剪切试验(固结不排水)，分别得出三种黄土的主应力差与轴向应变关系曲线，曲线没有明显的峰值，随着轴向应变增加，土体的结构强度趋于稳定。分别绘制不同围压下下的莫尔圆，得出三种黄土的抗剪强度包线，从而得到试验黄土的抗剪强度参数。
研究非饱和土的抗剪强度性质，首先需要得出土样的土-水特征曲线。通过在15Bar压力膜仪上做陕西离石黄土、陕西马兰黄土和宁夏马兰黄土的土-水特征曲线试验，得到其土-水特征曲线；然后选取代表性的土-水特征曲线方程(Van Genuchten方程、Fredlund和Xing方程)对试验数据进行了拟合，对比拟合得出的R-square值可以发现，两个方程对试验结果均有很好的拟合效果，相比而言，Fredlund和Xing方程的拟合曲线更逼近试验数据，拟合效果更好。在GDS的非饱和土三轴试验中，当水气平衡刚开始时，土中水在基质吸力的作用下以较快的速率排出，随着时间的增加，试样的排水量趋于稳定。为了定量地判断是否达到水气平衡，笔者拟定平衡标准为每小时反压体积读数(排水量)不大于10mm3。由于在固结阶段试样已充分固结，试样的总体变在水气平衡阶段仅会随着试样的排水有较小的变化。水气平衡过程完成后，进入剪切阶段。在非饱和三轴剪切开始阶段，偏应力△σ1较小时，应变不大，整个试件的体积略微缩小，这表明在该阶段，土颗粒主要是被挤得更紧密，没有多大侧向变形。随着△σ1继续增加，试件便进入屈服阶段，轴向应变逐渐加快增大，试件体积开始膨胀，表现为竖向压缩而侧向鼓出；△σ1到达某一峰值后，由于应变已经较大，土的结构松弛，偏应力无法继续上升，反而开始下降，最终逐渐趋于某一稳定值。通过分析非饱和土三轴剪切数据，可以看出三种试验黄土在给定的围压和基质吸力下的应力-应变曲线均有明显峰值。另外，对比饱和土的三轴试验数据可以发现，在100kPa的净围压和200kPa的基质吸力下非饱和黄土的偏应力比饱和黄土在400kPa围压下的偏应力还要大，这就说明非饱和黄土的强度比饱和黄土的强度大很多，而在实际工程中用到的抗剪强度参数基本上都是饱和土的参数，虽然采用饱和土的抗剪强度参数对工程设计来说偏于安全，但却不符合土体的实际力学指标，而且造成了较大的资源浪费。
依据Ning Lu(2004-2010)提出的吸应力曲线理论，本文采用Van Genuchten(1980)方程分别对三种黄土的土-水特征曲线进行了拟合，拟合得到与土进气值有关的参数α值和土孔隙大小分布参数n值。根据拟合得到的参数α和n以及Ning Lu提出的吸应力公式，计算出各个基质吸力下的吸应力，从而绘制出吸应力曲线。从得出的吸应力和有效饱和度的关系曲线可以看出，三种试验黄土的吸应力曲线图形相似，在有效饱和度约为40％时黄土的吸应力最大，当有效饱和度再增大或减小时，试验黄土的吸应力减小，试样趋于饱和时吸应力基本为零。从吸应力和基质吸力的关系曲线中发现，在开始阶段，吸应力随着基质吸力的增大而迅速增大，当基质吸力达到50kPa左右时，吸应力达到最大；当基质吸力继续增加时，吸应力开始逐渐减小。综合上述分析，可以得出吸应力对于完全风干的土和饱和土其值是几乎为零的，它是土体处于非饱和状态时才有显著作用的一种应力，吸应力对于提高非饱和土体的强度起着关键的作用。
本文最后利用Ning Lu提出的非饱和土的有效应力公式和抗剪强度公式，计算得出了三种黄土在给定的试验条件(净围压100kPa、基质吸力200kPa)下的抗剪强度。对比饱和状态时的黄土的抗剪强度，显然在这一非饱和状态下黄土的抗剪强度更大。