软岩与水相互作用的非线性动力学过程的研究不仅对软岩软化的研究方法具有探索价值，而且对于合理确定软化的参数及其应用具有重要的实践意义。结合东深供水改造工程中灰白色泥质粉砂岩不同饱水时间后的试验数据分析，发现该类软岩的软化具有非线性特点。将时间序列的分维分析方法应用于软岩与水相互作用系统中，通过重建相空间，确定了描述该系统所需的最少变量数。试验中发现，软岩的微观结构、力学参数是反映软岩软化的控制性因素，因而取微结构孔隙分布分维值Ds、粘聚力c和内摩擦角ϕ 值作为描述该系统的3个变量。在此基础上，应用反演分析理论，确定了软岩软化的非线性动力学模型，再将以上3个变量的时间序列值通过求残差平方和极小值的方法与模型进行逼近，得到模型中各个未确定的参数，从而对软岩与水相互作用过程进行非线性动力学分析。结果表明：所给出的非线性动力学模型计算得到的微结构孔隙分布分维值Ds、粘聚力c 和内摩擦角ϕ 值与试验获得的相应参数值的分布曲线非常接近，说明软岩与水相互作用具有显著的非线性动力学特点；同时，利用所建立的模型可较好地预测软岩在饱水条件下，一定时间后的微观结构参数和力学性质变化规律。