軟土的固結變形和地基沈降是土力學的重要研究課題之壹。太沙基[111]提出了著名的有效應力原理，建立了飽和土的壹維滲流固結理論。嚴格來說，只有當荷載面積遠大於壓縮土層厚度時，才符合理論公式建立時假設的單向滲流和單向壓縮條件。否則理論計算結果與現實差距很大[103]。
壹維固結理論極大地促進了土力學理論的發展。但實際工程中遇到的問題大多是二維和三維問題。倫杜利奇[112]將太沙基的壹維固結理論推廣到二維和三維情況，得到太沙基-倫杜利奇固結理論。這是壹種準三維固結理論，不符合三維實際情況。Biot[113]在彈性理論、有效應力原理、土體連續條件和平衡方程的基礎上，提出了完善的土體三維固結理論，稱為真三維固結理論。Cryer[114]，Gibson[115]，Schiffman[116]等人對太沙基-倫杜利奇固結理論和Biot固結理論的解做了相關的實驗和理論計算。
用排水固結法處理軟土地基時，如果在土層中設置豎向排水井，就要計算其水平滲流問題。Barron[117]采用自由應變和等應變兩種假設來求解土層的徑向(水平)排水固結度。Richart[118]對比上述兩種情況下的結果，當井徑比大於5時，計算出的地基平均固結度非常接近。因此，工程上壹般采用等應變條件公式來計算地基土的徑向固結度。Hansbo[119]在等應變條件下，得到了考慮井阻和塗抹的豎井地基固結理論解。此外，曾國熙[120][121]、傑米·考斯基[122]、謝·[123][124]、阿爾伯特·楊[65438+。
以上固結理論都是假設土體是線彈性變形，但實際土體通常是非線性變形[126]。Mikasa[127]研究過軟粘土的固結過程，發現軟粘土的固結特性不符合太沙基固結理論。Gibson[128]提出了壹維有限非線性應變固結理論。Gibson和Schiffman [129]用有限非線性應變固結理論分析了厚粘土的固結過程。竇毅[130]和蔡[131]曾在簡化條件下得到Gibson壹維有限非線性應變固結理論的解析解。景[132]提出了壹種非飽和土的三維固結計算方法。
1.2.3.2軟土地基沈降計算研究
早在20世紀初，太沙基就提出了壹維固結理論，建立了經典的地基沈降分析方法。此後，許多學者對這種方法進行了改進和完善。20世紀70年代以來，隨著計算機技術的發展和進步，利用有限元分析方法計算地基沈降已經成為可能。地基沈降分析涉及到外荷載的計算、土體中應力的計算、土體固結度的計算、土體變形的計算、土工試驗參數的選取等多個環節。因此，地基沈降分析是壹項復雜的系統工程[126]。
對於基礎沈降的分析和計算，通常的做法是針對基礎的豎向線性沈降。經過多年的理論和實踐探索，線性沈降的計算方法已經形成了豐富的內容，線性沈降計算有多種不同的分類方法[133][134]。本書補充完善了邱法興[134]的分類方法，得到了如圖1.4所示的地面基線沈降計算方法的分類。
軟土地基沈降計算常采用時間階段法。壹般情況下，軟土地基的總沈降量也可以用沈降經驗修正系數對主固結沈降量進行修正得到。沈降經驗修正系數與地基條件、荷載強度、加載速率等因素有關，根據區域沈降觀測數據和經驗確定。
在軟土地基沈降的解析計算中，周靜[135]指出，常規的壹維固結理論沒有考慮偏應力對沈降的影響。董亮等人[136]在實踐的基礎上提出了靜力觸探法和瞬態R波法計算地基沈降。王[137]對飽和軟土地基壹維非線性固結沈降進行了計算分析。唐明科[138]將應力面積法與傳統的分層總和法進行了對比。曹傑[139]指出了應力路徑法計算沈降的不足。王軍等人[140]給出了考慮擾動影響的結構性軟土沈降計算公式。楊光華[141]根據原位土壓力板試驗的P-S曲線建立了沈降計算的雙曲正切和割線模量法。
壹維壓縮的沈降計算方法不符合實際情況，壹般應考慮地基的三維變形條件。目前地基的三維沈降計算方法主要有егоов法[142]和цытович等效朗伯法[65438]另外，許多專家學者也對地基的三維壓縮變形[148] ~ [152]進行了研究，但大多數研究都是關於三維變形條件下最終沈降的計算，很少涉及三維變形之間的關系
圖1.4基線沈降計算方法分類圖[134]
自20世紀70年代以來，隨著計算機技術的進步，沈降計算方法也有了很大的發展。數值分析方法解決了許多以往解析方法無法解決的沈降變形問題，使軟土地基沈降研究進入了壹個全新的研究階段。常用的數值計算方法主要有:有限元法、有限差分法、邊界元法、變分法、加權余量法等。[153] ~ [156].
1.2.3.3軟土地基沈降預測研究
基於實測沈降數據的軟基沈降預測是軟基沈降分析的重要手段。沈降監測數據能夠反映各種復雜因素對土體性質的影響信息，因此具有較高的精度。工程中常用的沈降預測方法及其分類見表1.6。
表1.6沈降預測方法分類[157]
在選擇沈降預測方法時，應充分考慮預測方法的適用條件。由於每種預測方法都有其適用性，所以對實測沈降數據有壹定的要求。壹些預測方法及其應用限制見表1.7。
表1.7沈降預測方法的適用性[157]
1955年，Nikolipovich首先根據太沙基的壹維固結理論公式提出了雙曲線法。Asaoka[158]將壹維固結狀態下以體積應變表示的Mikasa固結方程表示為壹個待定系數的級數微分方程，即Asaoka法。1837年，德國生物學家Verhulst建立了Verhulst模型來描述生物繁殖過程中的數量變化。鄧巨龍[159]在1983中首次建立了GM (1，1)模型，用於我國糧食發展預測和長期規劃。此後，Verhulst模型、GM(1，1)及其衍生模型被廣泛應用於沈降預測。Meculloch和Pitts[160]提出了神經網絡的MP模型，開創了用數理邏輯研究生物神經網絡的先河。20世紀90年代初，神經網絡技術開始應用於工程研究。Holland[161]首先提出了遺傳算法，這是生命科學和工程科學相互滲透的結果。遺傳算法作為軟土地基沈降計算的壹種新算法，克服了傳統算法的許多缺點。Karanagh[162]首先提出了巖土工程中位移反分析的基本思想。基本方法是根據現場實測位移，用有限元法計算巖體的力學參數。
譚鐵生[163]和譚世安[164]分別采用雙曲線法計算大變形固結和立井基礎沈降。葉[165]介紹了壹種新的沈降預測模型——龔帕斯曲線方程，並通過工程實例驗證了龔帕斯模型的適用性。嚴克振[166]以羅易河漫灘軟土為研究對象，運用三點法、雙曲線法等計算理論對實測沈降數據進行回歸分析。肖[167]采用修正雙曲線模型和修正指數曲線模型對中山市古深高等級公路不同路段的軟土地基沈降進行了模擬，並對公路軟土地基的工後沈降進行了預測。吳雪婷[168]結合溫州淺灘嶺泥海堤的觀測資料，運用灰色系統理論對沈降進行了預測。高永[169]建立了考慮高速公路加卸載和土體流變的多級加載條件下的沈降預測模型，使用FORTRAN語言，用優化反演方法編制了計算機程序，並用沈家湖高速公路的沈降數據對預測方法進行了驗證。