软土地基的承载力和沉降问题一直是岩土工程中传统而又仍然重要的研究课题。开发可以统一地评估不同荷载和排水条件下的自然软土和软土复合地基的承载力和沉降特性的数值方法,对提高软土地基破坏及变形预测能力具有重要意义。目前虽有不少针对这些问题的研究成果,但仍缺乏能统一地评估这两种问题(承载力和沉降)的方法。本文基于统一弹塑性本构模型(Unifiedmodel)和水-土耦合数值算法,对结构性软土地基的承载力、挤密砂桩复合软土地层的沉降、地震作用后软土地层长期沉降等问题开展数值研究。该本构模型的优点是可考虑土体的超固结、结构性和各向异性,可用同一组材料参数描述土体在不同荷载和排水条件下的力学特性。在研究过程中,用室内三轴试验和固结试验的结果确定材料的材料参数和初始状态参量;然后通过对比现场模型试验、离心模型试验和现场实测数据,验证了数值方法的可靠性和准确性;整理计算结果时,着重分析软土的有效应力路径、应力应变关系和结构性演化规律,以揭示不同加载条件和排水条件对软土强度及变形的影响规律。本文的主要研究内容和成果如下:(1)分析排水条件对天然软土地基上浅基础承载力的影响规律,揭示承载力随固结而提高的力学机制。用高质量原状土样的三轴试验数据来确定统一本构模型的材料参数和初始状态参数。接着以现场模型试验为研究对象建立有限元模型,进行不固结不排水(UU)和固结不排水(CU)条件下的水-土耦合数值分析。UU和CU两种工况下的初始条件均相同,UU工况为连续荷载至失稳,而CU工况在第一阶段加载后静置了540天,然后再加载至失稳。计算所得的地基承载力和沉降量与现场实测结果吻合良好,验证了数值方法的正确性。基于统一模型的水-土耦合算法揭示了由固结引起的地基强度增加、进而导致承载力增加的现象;通过分析不同深度的软土的应力-应变关系、应力路径和土结构破坏等单元力学响应,获得了软土在UU和CU工况下的力学机制差异;结构性破坏区的传播揭示了软土地基承载力失稳机理;然后进一步讨论了软土的初始结构性对地基承载力的影响。基于统一模型的水-土耦合数值方法促进了对结构性软粘土地层上的浅基础在短期/长期荷载下的承载力变化的理解,并为设计施工提供有益参考。(2)分析深厚软土层中的贯穿式和非贯穿式挤密砂桩(SCP)的沉降差异,提出“贯穿式 非贯穿式”的组合砂桩概念,并基于数值分析结果给出相应的沉降量简易预测方法。首先基于粘土和砂土的三轴试验结果,验证了统一本构模型可以模拟这两种不同土体的力学特性,并确定了相关的材料参数。然后建立SCP复合地基的有限元模型,以贯穿式和非贯穿式SCP复合地基的离心试验为对象,开展数值模拟分析。数值模拟结果表明,所采用的数值计算方法可以很好地再现不同阶段荷载下两种复合基础的沉降量和超孔隙水压的变化规律。还建立了“贯穿式 非贯穿式”的两种类型SCP桩的组合砂桩概念,对置换率和非贯穿式SCP桩长进行参数分析;结果表明,在相同置换率(31%)下,采用“贯穿式 非贯穿式”SCP组合砂桩的地基沉降要比仅采用非贯穿式SCP的地基沉降小;为了方便计算,还分析了不同情况下的沉降量折减系数。研究成果有助于掌握软土地基处理中非贯穿式SCP的工程特性,同时有助于提高工程经济性。(3)基于统一弹塑性本构模型,结合水-土耦合动力有限元算法,以2007年日本新泻地震为背景,分析了地震荷载作用后的软土地基长期沉降。计算采用的结构性软土参数均参考室内土工试验获得;动力计算采用Newmark-?隐式算法;地震波从模型底部入射。数值计算所得地面加速度响应与K-Net记录一致;地表沉降量计算值与实测值相同,显示地震引起的沉降持续约3年;软土在地震荷载作用下的力学特性,包括地层中的超孔隙水压力及土体剪切刚度沿深度的变化,都得到了很好的再现。上述研究成果表明,基于统一弹塑性本构模型的水-土耦合有限元算法能较好地评估软土地层的承载力和沉降问题,包括不同的荷载条件(静力荷载和动力荷载)、不同的地层(结构性黏土、砂土)和不同的排水条件。所提出方法的准确性和适用性分别得到了室内土工试验、现场模型试验、离心模型试验和现场实测的验证。研究成果将促进岩土工程数值计算的完善与发展。