土是由土颗粒构成的骨架及孔隙中的水和空气组成的。由于土颗粒之间的连接较弱，土颗粒骨架具有不稳定性。按照弹塑性理论的观点，土在动力荷载作用下的变形通常包括弹性变形和塑性变形两部分。动力荷载较小时，主要表现为弹性变形。当动力荷载增大时，塑性变形逐渐产生和发展。因此，土在小应变情况下，如机器基础的振动等，呈现出近似弹性体的特征。但是，当动应变增大时，如地震、爆炸和压密施工等，动荷载将会引起土结构的改变，从而引起土的残余变形和强度的丧失。此时土的动力特性将明显不同于小应变的情况，除了需要研究强度和变形规律外，对于饱和砂土 （包括饱和的轻亚黏土等），还必须考虑因结构破坏以及孔隙水压力的迅速增长而出现的强度突然丧失现象，即振动液化。所以，对于动荷载作用下土的动力特性问题，首先必须区别小应变和大应变两种不同的情形。对于小应变的情况（纵向应变或剪应变小于10—4），一般主要研究剪切模量和阻尼比的变化规律，为土石坝坝体或地基等的动力分析提供必要的参数。但在大应变情况下，除了需研究剪切模量和阻尼比的变化外，还必须考虑土的强度和变形问题。对于饱和砂土等，还必须考虑其振动液化问题。
影响土动应力应变关系的除剪应变幅值、平均有效应力、孔隙比和周期加载次数等主要因素外，还有饱和度、固结比、周期加载频率、土体性质、土的结构等次要因素。
土在周期荷载作用下的动应力应变关系具有非线性和滞后性等特点。如图3.1 （a）所示，当一个土体单元受到剪应力τ的作用，发生剪应变γ。剪应力逐渐增大，剪应变也随之逐渐增大。把剪应力τ和相应的剪应变γ绘制在τ～γ平面上，可得到曲线OA，如图3.1 （b）所示。曲线OA 的初始段，剪应变很小，τ～γ呈直线关系。当γ达到一定量值，土体开始屈服，其后的τ～γ便呈曲线关系。在τ和γ达到A 点以后，施加大小相等的反向剪应力，得到呈ABCD 曲线的剪应力剪应变关系。达到D 点以后，剪应力再向相反向作用 （即恢复到开始时的作用方向），便可得到DEFA 曲线。在一个循环荷载作用下，剪应力剪应变关系曲线形成一个滞回环ABCDEFA，相当于土体从剪应变γ到—γ再回到γ的一个周期。如果从原始状态作用的剪应力和产生的剪应变增大到A′点，继而向相反方向和原方向作用剪应力，则可得到剪应力剪应变滞回环A′B′C′D′E′F′A′。连接不同大小的循环动剪应变的动应力动应变滞回环峰点的曲线，称为主干线，即图3.1 （b）中曲线OAA′A″和ODD′D″。主干线与第一个1/4 周期的加载曲线重合。主干线表示了最大动剪应力与动剪应变之间的相互关系，反映了土的动力非线性特性，其斜率为土体的动剪切模量，它随循环动应变的增加而减小。滞回环的外凸程度随循环动剪应变的增加而增加。滞回环表明了一个循环周期内动剪应力与动剪应变之间的相互关系，反映了土动应力应变关系的滞后性。滞回环包围面积的大小表征土的阻尼特性，它既包含滞变阻尼，又包含黏性阻尼和摩擦阻尼，这根据试验的类型不同而不同。
图3.1 土的非线性动应力应变关系(www.xing528.com)
（a）受剪的土体单元；（b）滞回环和主干线
另外，土在受荷过程中会产生不可恢复的塑性变形，这一部分变形在循环荷载的作用下会逐渐积累。由图3.2 可见，即使荷载大小不变，随着荷载作用周数的增加，变形会越来越大，滞回环中心不断朝一个方向移动。滞回环中心的变化反映了土对荷载的累积效应，它产生于土的塑性，即荷载作用下土体不可恢复的结构破坏。变形的累积效应也包含了应力应变的影响。
主干线给出了动荷载作用下最大动应力与最大动应变的关系，而滞回环给出了同一周期内动应力应变曲线的形状，变形累积则给出了滞回环中心的位置变化。一旦这三方面确定后，就可定出土的动应力应变关系。
图3.2 土的变形累积特性
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