软土工程特性的研究现状
不同的专业技术部门对软土的定义不同，国内外也没有统一的结论。有的把软土定义为一种简称，主要由细粒土组成。软土的一些定义一般指含水量和孔隙比高，抗剪强度和渗透系数低，压缩性和敏感性高的粘性土。其他一般指近代沉积的抗剪强度低、压缩性高的软土层，主要是饱和软粘土，在自然地层剖面上常与泥炭或淤泥交替沉积。还有一个定义是，软土一般是指在静水或缓慢水流中以细颗粒为主的现代沉积物，即在流速和温度变化缓慢导致悬浮液溶解度和粘度降低的条件下，含细粒粘土矿物和有机质的饱和软粘性土逐渐停止。软土的另一种定义是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一类粘性土，如粉土、淤泥质土等高压缩性饱和粘性土和淤泥[2]。
软土的上述定义与工程类型和所要解决的工程问题密切相关。软土的软硬性质是相对的概念，其软硬性质不仅与土质有关，还与工程有关。软土的硬度应与土质和工程性质有关。国内外各行业对软土的鉴定都是根据软土的一些特性指标来划分的，采用的具体指标也不一样，如表1.1。
表1.1中国各行业软土分区特征指标一览表
纵观上述行业规范中对软土的解释，虽然有所不同，但都是以天然孔隙比和天然含水量作为鉴别软土的特征指标。
软土在我国分布广泛，特别是沿海地区和内陆河湖，如天津、连云港、上海、杭州、宁波、台州、温州、福州、厦门、湛江、广州、深圳、珠海，内陆地区如昆明、武汉、南京、马鞍山等。软土的成因类型复杂，包括滨海软土、溺谷软土、泻湖软土、三角洲软土、河漫滩软土、牛轭湖软土、河谷软土、湖泊软土和沼泽软土。软土、软土地基及其引发的一系列工程地质问题在实际工程中经常遇到，这主要是由软土的工程特性决定的。一般情况下，软土地基承载力达不到设计要求，需要进行加固。不同成因、不同物质的软土具有不同的工程特性，因此地基处理方案也不同。因此，了解软土的工程特性尤为重要。土作为地球上人类作用的主要对象，具有极其复杂的工程地质性质，主要包括物理性质、水力性质和力学性质[10]。
1.2.1.2软土工程特性
人类在土壤地基上建造房屋和挡土结构，并使用土壤作为工程材料建造堤坝的历史悠久。然而，土力学作为一门技术科学也不过80多年。在卡尔·K·太沙基(Karl K.Terzaghi)于1925年发表《土力学》名著前后，许多学者为岩土工程问题的研究做出了巨大贡献。许多经典的土力学理论被沿用至今，至今仍是土力学的重要内容。然而，人们认为太沙基是土力学的创始人，因为他是第一个关注土的工程性质和试验的人[11]。土的种类很多，任何一种土的工程性质都随其存在状态和外界条件而发生很大变化，所以土的工程性质非常复杂。
总结几个国家和地区的软土资料，其物理力学参数的范围值见表1.2[12]。
表1.2国外部分地区软土指标统计表[12]
与国外相比，我国软土理论的研究已有近20年的历史。水利、铁路、交通、建筑、港口等行业都涉及到软土和软土工程问题。对软土的基本工程性质进行了大量的试验和积累，基本了解了我国软土的分布和物理力学性质。渤海湾、塘沽、长江三角洲、浙江、珠江三角洲和福建沿海都有海相或湖相软土。此外，贵州、云南两省部分地区还有山地型软土。表1.3是全国软土物理力学性质统计[2]。
表1.3全国软土物理力学性质统计表[2]
继续的
软土在我国沿海地区广泛分布。以东南沿海软土分布区为例。从北到南依次是天津塘沽、连云港、上海、宁波、温州、福州、珠海、深圳。沿海地区有四种典型的软土，即粉土、粉质粘土、粉土粉质粘土和粉土混合砂。表1.4显示了这些软土的工程性质的变化范围[13]。
表1.4中国沿海地区四种典型软土的工程性质[13]
从表1.4可以看出，沿海地区软土的主要物理力学性质可以概括如下:
天然含水量高的软土含水量一般在35% ~ 90%之间，其值一般大于液限，说明这些软土的孔隙中基本充满了水，土处于流动或塑性状态。
大孔隙比高压缩性软土的孔隙比在1.0 ~ 1.3之间，部分软土的孔隙比大于1.5。对应的压缩系数在0.7 MPa-2.3 MPa-1之间，属于高压缩性土，这种软土在加载后必然会有很大的沉降。
渗透性小的软土渗透系数在10-6 ~ 10-8 cm/s之间，颗粒成分以粘粒和粉粒为主，矿物成分以亲水性活性矿物为主，渗透性很小。因此，这类土层在荷载作用下的固结沉降过程非常缓慢。
低强度软土的不排水强度在5 ~ 5 ~ 30k pa之间，软土强度低是软土地基承载力不足和失稳的主要原因。
为了系统阐述软土的特性和内在机理，我国著名学者高教授以电化学和胶体化学理论为基础，系统研究了软土的物质组成和微观结构[14]。另一方面，沈珠江院士系统研究了软土的特性，特别是强度特性，其研究成果开创了软土工程的新局面，提出了在21世纪[15 ~ 17]建立以结构模型为核心，以非饱和土固结理论、液化破坏理论和渐进破坏理论为主要内容的现代土力学的思想。
国内外学者对软土的基本工程特性做了大量的研究。Osipov[18]研究了软土的微观结构及其触变性变化。孙更生等人[19]通过对上海软土的研究，得出了其物理力学性质的统计关系。根据沈珠江[16]的研究，天然软土具有孔隙比高、透水性强、压缩曲线陡、强度包络线破碎的特点。许泽忠[20]和梁涛[21]分别研究了沪宁高速公路软土和珠江三角洲地区高速公路软土的工程性质。Yvonne Wang等人[22]总结介绍了我国沿海地区广泛分布的欠固结软土及其工程地质和岩土工程问题的研究现状。雷华阳[23]、梁[24]、[25][26]、[27]、[28]、[29]、[30]等分别对天津海相软土、浙江沿海软土、琼州海峡软土、浙江东南沿海软土、温州和台州软土进行了调查。Takaharu Shogaki等人[31 ~ 33]对韩国釜山新港全新统粘土的沉积环境、微结构、物理力学性质和固结特性进行了试验研究，并对其参数的变化规律进行了统计分析。усюэтин [34]对沉积在莫斯科河泛滥平原上的粘土的颗粒组成、矿物组成和物理化学性质进行了研究。Tamotsu Matsui等人[35]详细研究了日本大阪湾深厚软土的钻探资料，总结了软土的工程特性。周等人[36]对珠江三角洲海相沉积软土的分布范围进行了探讨和划分，并对代表性软土的微结构特征进行了分析和研究。J.Xia等人[37]研究了南京西部长江下游全新世洪泛区软土的工程特性和微观结构，以及这些特性随软土深度和荷载的变化规律。Hossam等人[38]对曼谷饱和软粘土的导热系数进行了室内和现场试验，得出了粘土的导热系数随着土壤密度的增加而增加的结论。同时，探讨了不同试验方法下试验结果的可靠性，为热处理技术改善软粘土固结过程提供了依据。近年来，我国对软土的研究覆盖了越来越多的领域和方面。研究区域涵盖天津[39]、黄骅港[40]、洞庭湖[41]、太湖[42]、深圳[43]、广州[44]、珠海[45]、珠三角[46][47]、青岛[48]和温州[
越来越多的试验研究和工程实践表明，天然软土的结构性是普遍存在的，并对其工程特性有着重要的影响。土的结构是指土颗粒和孔隙的性质、排列(或组构)以及颗粒间作用力的相互作用[51][52]。但在实际应用中，它常被用来泛指与相应重塑土不同的土的力学性质[49]。
早在1925年，太沙基[53]就指出了土体结构研究的重要性，首次提出了土体微结构的概念，并定义了蜂窝结构。接着，卡萨格兰达[54]，[55][56]，艾尔莫尔[57]，范奥尔芬[58]，赛德和巴登[59]，米切尔[60]，高[61]，勒鲁埃尔[62]等学者纷纷效仿。近年来，软土结构的研究引起了国内外学者的广泛关注。软土结构性的研究不仅仅是对其微观结构的分析，还涉及到结构性土的工程特性和本构模型。沈珠江[63]将土结构的研究称为21世纪土力学的核心问题。谢定义等人[64]认为土的结构性是决定土的力学性质的根本内在因素。可见，软土结构性的研究已成为未来软土理论研究的发展趋势。同时，软土结构性的研究也离不开室内试验和原位试验获得的参数。那么，试验技术和试验方法的研究将是软土学科发展的前提和基础，也是未来的发展方向。许多学者对软土结构进行了相关研究，并得出了有意义的结论[65 ~ 71]。
1.2.1.3岩土参数可靠性研究
可靠性理论在土木工程结构中的应用是一个早期的领域。早在1947年，苏联的арраницынн [72]就提出了用一次二阶矩理论估算结构失效概率的方法。美国人A.M.Freudenthal[73]于1954发起了美国结构安全的研究工作。后来美国的C.A.Cornell[74]和A.H.Ang[75]发展了概率应用于工程技术的概念和方法。岩土工程是可靠性理论应用的一个重要领域。a .卡萨格兰德[76]提出了岩土工程和基础工程中的风险计算问题。随后，一大批学者从事岩土工程可靠性的研究，其中有影响的先驱有P.D.Lumb[77]、E.H. Van Marke [78] [79]和O.G.Ingles[80]。在我国，土力学中的可靠性研究是在20世纪70年代后期才开始的。目前研究涉及岩土参数统计规律[81]、岩土参数概率模型、渗流问题、固结沉降概率分析[82] ~ [84]、地基承载力概率分析、稳定性概率分析[85]。例如，张峥等人[87]将岩土参数视为具有随机性和结构性特征的区域化变量，并给出了岩土参数空间结构的数学模型。孟青山等人[88]利用概率分布模型对广西某饱和软粘土的岩土参数进行了统计分析，为工程计算中岩土参数的选取提供了可靠的依据。李[89]研究表明，岩土参数概率分布的统计优化可以通过试验数据的可靠性检验和概率模型的拟合优度检验来实现。谢等人[90]研究了固结系数的空间概率特征及其对固结度的影响。龚等[91]提出了推断小样本岩土参数概率密度函数的正态信息扩散法，并利用精度较高的K-S检验法从理论上证明了密度函数的正确性。此外，王玉辉[92]、吴长富[93]和徐雷云[94]分别对太原、杭州和华东地区的粉土的土性参数进行了概率统计分析。
岩石和土壤形成于漫长的地质年代，经历了各种变化。因此，岩土的工程性质表现出很大的变异性。岩土工程往往是在许多不确定的条件下进行设计的，但传统的设计方法采用“确定性”的方法，可能与实际反应相差甚远，许多原型观测结果和事故分析都说明了这一点[86]。
由于岩土工程中预测的不可靠性，预测者常常需要用实际观测数据来修正自己的估计。Peck[95]总结了岩土工程中贯穿勘察、设计、施工全过程的系统研究方法，称为观察法。反分析法是对观察法的改进，已广泛应用于工程计算中[96]。
邓永峰[97]根据Asaoka方法反演层状土的固结系数。夏[98]对哈尔滨绕城公路的实测数据进行了双曲线拟合分析，计算了土层的固结系数和渗透系数。反分析计算结果明显高于室内试验值。彭杰等人[99]根据温州乐清湾漩门港工程实测沉降数据，采用复合法反分析计算参数，并将反分析得到的参数应用于有限元法计算。结果表明，反分析可以很好地估计本构模型的参数。梁兴等人[100]利用深港西部通道港口码头前沿的实测沉降计算了土层的压缩性指数。计算的压缩指数大于室内试验值，计算的压缩模量小于试验值，与实测沉降大于理论预测沉降一致。彭涛[101]利用门田法和深港西部通道实测沉降数据，对各级加载过程中的固结系数进行了反演分析。周建等人[102]根据某深水港区地基短期工后沉降监测结果，反演分析了土层固结系数，并将反演固结系数计算的短期工后沉降与实测的短期工后沉降进行了对比。结果表明，反演的固结系数是可靠的。