软土是沿海地区广泛分布的一种土体,具有渗透性弱、压缩性高和抗剪强度低等特点。大量研究表明,软土的力学特性在很大程度上与土体的微观结构有关。软土固结问题作为学术界与工程界共同关注的焦点问题之一,开展软土固结过程的微观结构演化机制与数值模拟研究,从微观机制上进行其宏观变形的探讨,从而搭建微观和宏观研究的桥梁,具有重要的理论与现实意义。　　 本文针对珠江三角洲地区典型软土,首先,系统分析了软土室内固结试验的试验结果和大量微观结构图片,研究了软土固结过程的宏微观参数变化规律；其次,结合矿物学和近代土质学知识,研究了主导软土结构变形的主要因素,分析了软土固结过程的微观作用及其微观结构变化的阶段性特点；然后,引入系统论、耗散结构和协同学等非线性动力学理论,探讨了软土固结过程的微观结构自组织演化机制；最后,采用蒙特卡罗方法建立了软土微观结构的随机几何模型,将其导入到有限元分析软件ANSYS中,进行了软土室内三轴固结过程的微观结构演化数值模拟,通过与实际土样的三轴固结试验结果进行对比验证,表明了模拟方法的合理可行性。本研究深入探讨了软土固结过程的微观结构变化规律和本质,不仅丰富、完善和发展了土体微结构力学的理论与方法,而且为土体微观数值模拟研究提供了有价值的参考。　　 论文的主要研究内容包括:　　 1.以珠江三角洲地区典型软土为研究对象,系统分析了软土室内标准固结、三轴固结和直剪试验的试验结果,然后通过编写图像处理和微观结构参数提取程序,从软土固结过程不同状态下的微观结构扫描电镜图片中提取微观结构参数,研究了软土固结过程的宏微观参数变化规律。结果表明:外荷载开始全部由孔隙水承担；土样体应变随固结时间的变化规律与孔隙水压力的变化有较好的对应关系；孔隙分维和颗粒分维随荷载增大的变化趋势基本相反,但变化幅度基本一致；土样的粘聚力和颗粒分维随荷载增大的变化规律十分相似,两者基本符合线性关系。建立了固结过程中软土微观结构标志性参数和宏观性质参数之间的关系。　　 2.结合矿物学和近代土质学知识,分析了软土物质成分的矿物学特征以及微观结构要素的组成特点,指出:粉粒和粘粒的变形以及结构连结的破坏是主导软土结构变形的主要因素；在此基础上,探讨了软土固结过程中排水、土骨架变形和压力转移三个过程的微观作用,并把软土固结过程的微观结构变化划分为局部小幅度调整、大量大幅度调整和稳定调整三个阶段,为进一步开展软土固结过程的微观结构演化机制及其数值模拟研究奠定了基础。　　 3.引入系统论、耗散结构和协同学等非线性动力学理论,探讨了软土固结过程的微观结构自组织演化机制。首先,分析了软土微观结构的系统特性以及软土固结过程具有的耗散结构特点:然后,基于对结构体子系统和破碎体子系统的抽象量化,结合均匀化理论和协同学理论,定义了一个描述软土固结过程其微观结构系统演化程度的序参量,通过给出其演化规律的拟合方程,得到了反映软土固结过程中微观结构系统演化的数学方法,用于定量描述固结进程。　　 4.基于对软土微观结构要素的抽象概化,采用蒙特卡罗方法建立了软土微观结构的随机几何模型(仿真模型),并编写了相应的仿真建模程序；将该方法应用到实际软土土样的微观结构仿真建模中,结果表明:所建立的土样微观结构仿真模型的孔隙比和各粒组含量统计结果与土样通过土工试验测得的实际结果较为接近,模型与土样实际的微观结构图像具有一定的相似度,验证了该方法的可行性,为下一阶段实现软土固结过程的微观结构演化数值模拟提供了几何建模基础。　　 5.采用ANSYS参数化设计语言.APDL,通过编写命令流的方式将软土微观结构随机几何模型导入到有限元分析软件ANSYS中:以在广东省中江高速公路软基试验段采取的某软土土样为例,根据软土室内三轴固结试验的条件和孔压测试结果,进行了软土室内三轴固结过程的微观结构演化数值模拟。通过比较模型在不同时步的变形模拟结果,分析了软土固结过程的微观结构演化特征；计算模型在各个时步的体应变,并与土样室内三轴固结试验测得的体应变随时间变化结果进行对比发现,两者随时间变化的曲线较为一致,验证了本文模拟方法的合理可行性,为软土微观力学及其数值模拟研究提供了有价值的参考。