软土地基固结沉降的研究现状
软土的固结变形和地基沉降是土力学的重要研究课题之一。太沙基[111]提出了著名的有效应力原理，建立了饱和土的一维渗流固结理论。严格来说，只有当荷载面积远大于压缩土层厚度时，才符合理论公式建立时假设的单向渗流和单向压缩条件。否则理论计算结果与现实差距很大[103]。
一维固结理论极大地促进了土力学理论的发展。但实际工程中遇到的问题大多是二维和三维问题。伦杜利奇[112]将太沙基的一维固结理论推广到二维和三维情况，得到太沙基-伦杜利奇固结理论。这是一种准三维固结理论，不符合三维实际情况。Biot[113]在弹性理论、有效应力原理、土体连续条件和平衡方程的基础上，提出了完善的土体三维固结理论，称为真三维固结理论。Cryer[114]，Gibson[115]，Schiffman[116]等人对太沙基-伦杜利奇固结理论和Biot固结理论的解做了相关的实验和理论计算。
用排水固结法处理软土地基时，如果在土层中设置竖向排水井，就要计算其水平渗流问题。Barron[117]采用自由应变和等应变两种假设来求解土层的径向(水平)排水固结度。Richart[118]对比上述两种情况下的结果，当井径比大于5时，计算出的地基平均固结度非常接近。因此，工程上一般采用等应变条件公式来计算地基土的径向固结度。Hansbo[119]在等应变条件下，得到了考虑井阻和涂抹的竖井地基固结理论解。此外，曾国熙[120][121]、杰米·考斯基[122]、谢·[123][124]、阿尔伯特·杨[65438+。
以上固结理论都是假设土体是线弹性变形，但实际土体通常是非线性变形[126]。Mikasa[127]研究过软粘土的固结过程，发现软粘土的固结特性不符合太沙基固结理论。Gibson[128]提出了一维有限非线性应变固结理论。Gibson和Schiffman [129]用有限非线性应变固结理论分析了厚粘土的固结过程。窦毅[130]和蔡[131]曾在简化条件下得到Gibson一维有限非线性应变固结理论的解析解。景[132]提出了一种非饱和土的三维固结计算方法。
1.2.3.2软土地基沉降计算研究
早在20世纪初，太沙基就提出了一维固结理论，建立了经典的地基沉降分析方法。此后，许多学者对这种方法进行了改进和完善。20世纪70年代以来，随着计算机技术的发展和进步，利用有限元分析方法计算地基沉降已经成为可能。地基沉降分析涉及到外荷载的计算、土体中应力的计算、土体固结度的计算、土体变形的计算、土工试验参数的选取等多个环节。因此，地基沉降分析是一项复杂的系统工程[126]。
对于基础沉降的分析和计算，通常的做法是针对基础的竖向线性沉降。经过多年的理论和实践探索，线性沉降的计算方法已经形成了丰富的内容，线性沉降计算有多种不同的分类方法[133][134]。本书补充完善了邱法兴[134]的分类方法，得到了如图1.4所示的地面基线沉降计算方法的分类。
软土地基沉降计算常采用时间阶段法。一般情况下，软土地基的总沉降量也可以用沉降经验修正系数对主固结沉降量进行修正得到。沉降经验修正系数与地基条件、荷载强度、加载速率等因素有关，根据区域沉降观测数据和经验确定。
在软土地基沉降的解析计算中，周静[135]指出，常规的一维固结理论没有考虑偏应力对沉降的影响。董亮等人[136]在实践的基础上提出了静力触探法和瞬态R波法计算地基沉降。王[137]对饱和软土地基一维非线性固结沉降进行了计算分析。唐明科[138]将应力面积法与传统的分层总和法进行了对比。曹杰[139]指出了应力路径法计算沉降的不足。王军等人[140]给出了考虑扰动影响的结构性软土沉降计算公式。杨光华[141]根据原位土压力板试验的P-S曲线建立了沉降计算的双曲正切和割线模量法。
一维压缩的沉降计算方法不符合实际情况，一般应考虑地基的三维变形条件。目前地基的三维沉降计算方法主要有егоов法[142]和цытович等效朗伯法[65438]另外，许多专家学者也对地基的三维压缩变形[148] ~ [152]进行了研究，但大多数研究都是关于三维变形条件下最终沉降的计算，很少涉及三维变形之间的关系
图1.4基线沉降计算方法分类图[134]
自20世纪70年代以来，随着计算机技术的进步，沉降计算方法也有了很大的发展。数值分析方法解决了许多以往解析方法无法解决的沉降变形问题，使软土地基沉降研究进入了一个全新的研究阶段。常用的数值计算方法主要有:有限元法、有限差分法、边界元法、变分法、加权余量法等。[153] ~ [156].
1.2.3.3软土地基沉降预测研究
基于实测沉降数据的软基沉降预测是软基沉降分析的重要手段。沉降监测数据能够反映各种复杂因素对土体性质的影响信息，因此具有较高的精度。工程中常用的沉降预测方法及其分类见表1.6。
表1.6沉降预测方法分类[157]
在选择沉降预测方法时，应充分考虑预测方法的适用条件。由于每种预测方法都有其适用性，所以对实测沉降数据有一定的要求。一些预测方法及其应用限制见表1.7。
表1.7沉降预测方法的适用性[157]
1955年，Nikolipovich首先根据太沙基的一维固结理论公式提出了双曲线法。Asaoka[158]将一维固结状态下以体积应变表示的Mikasa固结方程表示为一个待定系数的级数微分方程，即Asaoka法。1837年，德国生物学家Verhulst建立了Verhulst模型来描述生物繁殖过程中的数量变化。邓巨龙[159]在1983中首次建立了GM (1，1)模型，用于我国粮食发展预测和长期规划。此后，Verhulst模型、GM(1，1)及其衍生模型被广泛应用于沉降预测。Meculloch和Pitts[160]提出了神经网络的MP模型，开创了用数理逻辑研究生物神经网络的先河。20世纪90年代初，神经网络技术开始应用于工程研究。Holland[161]首先提出了遗传算法，这是生命科学和工程科学相互渗透的结果。遗传算法作为软土地基沉降计算的一种新算法，克服了传统算法的许多缺点。Karanagh[162]首先提出了岩土工程中位移反分析的基本思想。基本方法是根据现场实测位移，用有限元法计算岩体的力学参数。
谭铁生[163]和谭世安[164]分别采用双曲线法计算大变形固结和立井基础沉降。叶[165]介绍了一种新的沉降预测模型——龚帕斯曲线方程，并通过工程实例验证了龚帕斯模型的适用性。严克振[166]以罗易河漫滩软土为研究对象，运用三点法、双曲线法等计算理论对实测沉降数据进行回归分析。肖[167]采用修正双曲线模型和修正指数曲线模型对中山市古深高等级公路不同路段的软土地基沉降进行了模拟，并对公路软土地基的工后沉降进行了预测。吴雪婷[168]结合温州浅滩岭泥海堤的观测资料，运用灰色系统理论对沉降进行了预测。高永[169]建立了考虑高速公路加卸载和土体流变的多级加载条件下的沉降预测模型，使用FORTRAN语言，用优化反演方法编制了计算机程序，并用沈家湖高速公路的沉降数据对预测方法进行了验证。