填海造地给陆地资源紧缺的区域缓解了土地供求的矛盾，提供了新的经济发展空间，然而在我国沿海地区广泛分布的软土却给填海造地工程带来了巨大的麻烦，它是近代在湖泊、沼泽、河湾及滨海地区湖相、海相沉积形成的一种特殊土体，其普遍具有含水量高、压缩性大、强度低、渗透性差、灵敏度高及流变性显著等特点，决定其性质极差，地基承载力低，易于沉降变形，且沉降持续时间长，给工程建设及运营造成极大的影响和危害。因此，在填海造地工程中，迫切需要提高固结沉降计算的精度，而要准确计算其沉降就必须首先搞清楚软土的工程特性，在此基础上建立合理的沉降计算及预测方法。　　 本论文结合“深港西部通道填海及地基处理工程”项目，以填海区软土为研究对象，采用宏观物理力学行为与微观结构定量分析相结合的方法，分析研究其工程特性，并通过固结过程中微观孔隙变化特征、现场实测沉降曲线和孔压消散曲线分析了软土固结变形机理及发展规律，以及基于一维固结理论计算公式的对比分析及计算中参数取值的合理性分析，并对基于实测沉降数据的沉降预测方法进行探讨，建立合理的预测方法。本文主要研究内容包括：　　 1、填海区软土工程特性研究　　 通过对填海区场地地形地貌、地层分布、淤泥层厚度等基础条件的调查，结合室内试验、原位测试成果对淤泥土物理力学性质进行统计分析，从宏观上把握其工程特性。　　 2、软土微观结构定性及定量分析研究　　 以填海区软土微观孔隙为主要研究对象，在对软土微观孔隙特性及微观结构进行定性分析的基础上采用统计的方法对固结过程中不同预压期、不同深度下淤泥土微观结构变化(孔隙大小、形状、排列特征)规律进行定量分析，进一步分析软土微观孔隙变化特征与固结变形的关系。　　 3、软土沉降固结规律研究　　 通过分析现场表层、分层沉降观测资料以及孔隙水压力消散实测资料研究填海区软土沉降固结随时间、软土厚度的变化发展规律，分析孔隙水压力消散的发展形式。　　 4、软土沉降计算研究　　 针对场地满载后沉降实测值大于理论计算值的问题，对理论计算公式中采用室内试验求取计算参数的合理性进行分析；利用满载后沉降监测数据反算软土压缩性指标，提出室内压缩试验求参的修正关系式；对上述提出的室内试验参数修正值采用FLAC3D软件对软基沉降进行数值计算分析，验证参数修正的合理性。　　 5、软土沉降预测研究　　 结合沉降实测数据以双曲线模型、指数曲线模型和Asaoka法为例对工程中常用的经验曲线预测模型进行了线性回归求参，找出不足，以提高精度为核心，吸收并利用数理统计领域关于非线性回归的最新研究成果，建立基于非线性求参方法的经验曲线预测模型。　　 通过上述研究内容得出以下主要结论：　　 1、通过对填海区淤泥宏观物理力学性质的分析，发现：①填海区淤泥含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、渗透性差，完全属于极软淤泥。②填海区淤泥的天然含水量随深度逐渐减小，大致呈线性变化，但变化的坡率很小，由此说明，海水淤泥在其沉积过程中，土粒在海水中重力场对其本身的压缩固结作用并不大。③初始孔隙比与天然含水量之间，存在很好的线性相关性：e0=0.0271ω0，相关系数为0.97；压缩系数与天然含水量之间也存在一定的线性条带关系；压缩指数和天然含水量存在较好的线性相关性：cc=0.0084ω0+0.0016，相关系数为0.64。　　 2、通过填海区淤泥沉积环境调查和淤泥微观结构的定性分析得知，填海区淤泥土大致年龄为480～6430年，含水量高、孔隙比大、压缩性高，属于极软淤泥，主要由伊利石、绿泥石、高岭石、蒙脱石等粘土矿物以及石英、长石、黄铁矿等自生矿物组成，其中夹杂少量生物体(动物、植物)和碎屑。淤泥原状土微观结构为架空状絮凝结构，单元体依靠边-边，面-边相互作用形成结构骨架，随着固结过程的发生，大孔隙体破碎，周边折断，微观结构逐渐转为以面-面作用为主的片堆状叠书支架结构。　　 3、采用扫描电镜(SEM)结合计算机图像处理系统(ERDAS IMAGINE)对填海区固结过程中淤泥微观孔隙变化效应进行定量分析，同时采用压力板出流试验对孔隙进行测试，结果表明：①固结过程中同一深度范围内淤泥孔隙随着预压时间的增加，特大孔隙消失，大孔隙的减少，中小孔隙大量增加，总孔隙数增多；平均孔径由0.45um减小至0.15um，趋向均匀；孔隙率、孔隙面积减少显著；孔隙形状有向条形方向发展的变化趋势，不同孔径的孔隙形状变化规律大致相同，总体上规律不明显。②孔隙定向频率曲线呈双峰形，孔隙定向性在40°～50°以及在130°～150°区间内有较强的优势，随着预压时间的增长，孔隙定向在30°～60°区间有明显的减小，而在120°～150°区间有明显的增强；孔隙各向异性率明显增加；孔隙排列混乱程度减弱，有序性增强。③相同压力条件下固结过程中淤泥土孔隙随着深度的增加，大中小孔隙均有不同程度的减小(特大孔隙除外)；平均孔径与深度具有很好的线性关系，由0.17um减小至0.158um；孔隙率、孔隙面积也减小，不同孔径的孔隙平均形状系数变化规律不同，其中大孔隙变化曲线呈上凹型，中、小孔隙较为一致，总体上呈下降趋势。④随着深度的增加，孔隙定向性在30°～60°区间有明显的增强，而在120°～150°区间有明显的减小，在深度范围3～5m内，孔隙定向频率分布相差不大，与表层淤泥孔隙定向频率相差较大；孔隙各向异性率明显减小，孔隙排列总体上存在混乱程度减弱，有序性增强的趋势。⑤孔隙的发育程度、有序性与淤泥土沉积时间、前期固结压力及自重应力有关，一般情况下淤泥厚度越大，沉积时间越长，前期固结压力及自重应力越大，孔隙发育越少，有序性越强，在一定情况下影响孔隙的变化规律。⑥压力板出流试验用于淤泥土孔隙测试在方法上可行的，测试结果表明预压后期淤泥土中孔隙以中小孔隙为主，小孔隙含量深部大于浅层，大孔隙则反之。　　 4、对填海区淤泥土实测沉降过程曲线及孔压消散曲线的基础上分析填海区淤泥固结规律得出：　　 ①表层及分层沉降过程曲线随着时间的发展不断增加，且具有明显的阶段性，曲线对加载敏感，满载后曲线变缓过程十分漫长。淤泥土沉降随着厚度的增加而增大，且随着深度的增加而减小，即沉降以中上层淤泥压缩沉降为主；下卧层沉降占有一定的比例。　　 ②加载期间孔隙水压力变化和荷载施加具有良好的对应关系，加载期的超静孔隙水压力上升较快、消散也快，孔隙水压力上升存在一定的滞后，孔隙水压力上部明显大于中下部；恒载期间初期孔隙水消散较快。但总体上不同深度处孔隙水压力消散随时间变化趋势一致，由于塑料排水板的插入，排水路径大为缩短，使淤泥土孔隙水排水由竖向为主变为以水平向排水为主，竖向排水对孔隙水压力消散居次要地位。　　 5、对填海区软土沉降固结规律研究得出：　　 ①填海区软土在满载预压300天后固结度基本达到95％以上，而理论计算的时间要短，造成这个现象的原因在微观上主要由于固结后期随着软土的压缩变形，淤泥土孔隙中的自由水已逐渐排出，孔隙孔径变小，其内结合水占主导地位，加剧了土体中孔隙水的难以排出，而在宏观物理力学性质上主要表现固结过程固结系数随荷载增加逐渐变小；　　 ②对于固结度计算，笔者认为用实测孔隙水压力消散来计算分析固结过程中任一时刻的固结度更为客观。因为，填海区淤泥土压缩性极高，即使在周围有隔堤的情况，仍不可能避免产生侧向位移，在这种情况下，淤泥土的固结已不是简单的单向固结，而是三维固结，不能直接用实测沉降过程曲线来确定固结。而孔隙水压力的消散则是淤泥土固结过程中各种因素综合反映的结果，不论是单向，还是三维固结，固结度的定义均可用孔隙水压力消散程度来确定。　　 6、分析目前工程设计中多采用一维固结沉降公式的两种形式计算地基的主固结沉降：按e-p曲线，即压缩系数a1-2或压缩模量Es的计算公式；按e-lgp曲线，考虑软土的应力历史特征即压缩指数的计算公式。　　 7、利用监测的沉降数据资料来反算压缩性指标(压缩模量Es，压缩指数Cc)。通过反算的结果可以看出：用实测沉降量反求的压缩指数平均值为0.95，略小于室内试验得到的压缩指数平均值1.02，这与用压缩指数计算的沉降量略大于实测沉降量的情况比较吻合；而反求的压缩模量平均值为0.94MPa，与室内试验的压缩模量1.31MPa相差比较大，这也与用压缩模量计算的沉降量比实测沉降量小得多的事实相符。通过反算结果与试验参数对比分析得到填海区淤泥压缩性指标的试验值修正关系式，用以修正室内试验参数，从参数角度提高软土沉降计算的精度，为深圳地区相近工程的沉降计算的参数取值提供参考。运用数值模拟软件FLAC3D，采用Es修正值模拟计算研究区沉降，模拟结果与实测沉降值比较一致，从而论证了修正关系的准确性。　　 8、结合填海区沉降监测板SIV-29沉降监测数据，对目前基于实测沉降数据的经验曲线预测方法进行了深入分析，研究发现：　　 ①传统经验曲线模型线性回归求参方法在模型线性转化变换过程中引起数据随机扰动，导致较大的系统误差，致使参数估计精度不高，然而采用非线性回归理论与应用研究方面的最新成果，对参数进行非线性回归分析，可以避免上述误差，使参数精度得以提高，实际计算分析结果表明非线性回归分析结果优于线性回归分析。　　 ②所以模型均可进行长、短期预测；短期预测精度除指数线性回归模型外，其余模型均较高；长期预测方面以指数曲线非线性回归模型最优，双曲线线性和非线性回归模型偏大。