本文在总结了已有强夯工程实践成果的基础上,以饱和粉(砂)质地层强夯加固法为研究对象,建立了考虑速率效应和地基模量变化的粘弹塑帽子土体本构模型;基于该模型,通过耦合动力有限元方法,并结合现场实测数据,分析了强夯下饱和土的动力排水固结规律,揭示了强夯下不同渗透性土体的动力夯实机理,最后提出了强夯法加固地层的设计建议和分析方法。本文的主要内容和结论包括:(1)分析了强夯技术在我国的发展趋势与特点,得出高能级强夯技术以及强夯复合降水措施的应用将成为未来发展的重点;同时,结合收集的国内182项强夯工程的实践成果,采用实测统计方法定量研究了施工各参数间关系,包括夯击能级与有效加固深度的关系、夯锤重量与夯锤落距间的关系、夯锤直径与夯击能级的关系、夯击次数与夯沉量的关系、夯锤直径与夯间距的关系以及各类工程中加固的有效深度范围,获得了强夯施工各参数间的变化规律。(2)建立了基于Biot流固耦合理论、弹塑性CAP本构以及考虑了夯锤与土体接触计算的强夯分析模型,并借鉴Pareto最优理论,以NSGA-IIa作为主体反分析算法,结合现场测试结果,实现了动态调查强夯下土体的变化过程。研究表明:所提方法解决了数值计算在确定参数上的困难,同时很好的克服了室内试验、现场测试在调查强夯下土体力学特性方面的局限性。另外,目前计算常采用的CAP本构低估了土体在高应变率条件下的刚度响应且不能很好的反映土体不断被压密的特性。(3)针对CAP本构不能很好的反映应变率和连续压密等问题,本文将Perzyna超应力方程嵌入到CAP本构模型当中,用来考虑土体加载速率效应特性的影响,同时引入了土体弹性参数变化模式来考虑土体不断被强夯压密的特性,对CAP本构进行了扩展。最后利用Umat子程序进行二次开发导入至LS-DYNA平台,并得到了室内静、动态试验以及原位试验的验证。(4)利用前述改进的本构模型,阐明了饱和土在强夯作用下的孔压发展规律,总体上可分两个阶段:第一阶段为强夯冲击阶段,此刻地基处于不排水状态,土体内部的孔隙水压力随强夯荷载的施加瞬间增大,当地基上的加载开始卸荷时,孔隙水压力也随之下降,直至强夯结束地基内仍保持一定的残余孔压;第二阶段为强夯固结阶段,此刻地基处于固结排水状态,土体内的残余孔隙水压力随固结的发生逐渐消散,而地基的强度开始逐渐的固结增强。进一步地,对影响强夯下饱和土动力排水固结效果的因素进行了全面的参数分析。结果表明:随着夯击能级的提高,对地基内超孔隙水压力的影响逐渐扩大,单纯地提高能级反而会使孔压消散变慢,土体固结强度增长减缓;随着夯锤半径的增大,对地基内超孔隙水压力的影响,由深层向浅部并沿径向发展,超孔压的消散逐渐变快,相应的土体固结强度增长也随之加快;渗透系数的变化对地基内孔压的影响主要在强夯固结阶段,渗透系数愈大,地基的超孔隙水压消散的愈迅速,土体固结强度增长的也愈快。另外,在强夯实践中,可在地基内增设排水措施加速超孔隙水压力的消散,但并非是排水设施的插入长度越深越好或是离夯点中心的间距越近越好,应综合水力梯度影响来选取最佳的埋置深度和距离。(5)应用上述的研究成果,进行了不同渗透性地基的强夯加固效果研究,完善了强夯施工的设计方法。针对弱渗透性粉质土地基的强夯加固特点,关键在于处理孔压消散和增加有效加固深度间的关系,在对影响弱渗透性地基加固效果以及效率的因素进行全面参数分析的基础上,提出了适用于弱渗透性粉质土地基强夯法加固的设计建议,并通过上海某工程大面积吹填土地基强夯处理进行施工方案的优化比选,验证了所提出的强夯处理设计建议是合理的;针对强渗透性砂质土地基的强夯加固特点,系统的研究了强夯作用下强渗透性砂质土地基的地表变形规律,在此基础上提出了综合地基密实度、夯击能级和动量、夯锤形状以及锤击数等因素影响下的强夯施工地表变形程度的预测公式,并通过与两个工程案例的实际地面变形情况对比分析,验证了该公式的有效性。