软土在世界范围内均有广泛分布,随着世界各国海洋资源的开发、海洋产业的发展,各种近海建构筑物如堤坝与港口工程、海上风机桩基基础、海上油气开采平台、海底管道、锚泊系统等的大量建设,如何合理获取地基软土抗剪强度参数,既保证海洋建构筑物的安全性、又节约工程造价已成为海洋岩土工程设计中的一大挑战。静力触探试验是目前海洋岩土工程地质勘察中应用最广泛的一种原位测试方法,在静力触探仪基础上研制出的全流贯入仪(T-bar和Ball贯入仪)也得到了越来越广泛的应用。然而,上述三种软土贯入仪均需要依赖于理论或经验关系间接获得软土的不排水抗剪强度。鉴于静力触探仪、T-bar和Ball贯入仪这三种贯入仪在软土强度参数确定中的重要作用,基于软土贯入仪贯入机理建立合理的相关关系是当前相关研究的重点与难点。由于软土贯入仪贯入问题涉及到贯入过程中不断移动变化的边界条件与土体大变形问题,因此,一般需要借助于大变形有限元方法进行分析。本文采用大型商业软件Abaqus内置的耦合欧拉-拉格朗日(CEL)大变形分析方法模拟了上述3种贯入仪在理想弹塑性(Tresca模型)的单层均质软土地基中从地面贯入的整个过程,对于全流贯入仪同时模拟了预埋一定深度后连续贯入的过程。研究了软土贯入仪的大变形贯入机理以及接触面摩擦系数、土体刚度指数等因素对贯入阻力的影响规律。研究发现：(1)贯入仪贯入后附近土体的水平应力和竖向应力均有明显增加。对于静力触探仪,最大值出现在锥肩部,而对于两种全流贯入仪,最大值出现在探头贯入方向的正下方；(2)静力触探仪轴杆处的剪应变等值线近似与轴杆平行,与柱孔扩张理论相近,而在探头处等值线近似为某一点处的同心圆,与圆孔扩张理论相近；(3)揭示了3种贯入仪从地面连续贯入的过程中,土体产生的两种不同的破坏机理——浅层破坏和深层破坏；(4)对于接触面光滑的情况,Ball贯入仪获得的稳态贯入阻力比T-bar贯入高出18.9%。此外,预埋一定深度的全流贯入仪的稳态贯入阻力系数要明显大于从地面贯入的分析结果,可能与从地面贯入时探头上方存在一定的空穴有关。因此,全流贯入仪应预埋一定深度以获得与现场实际情况中相似的稳态贯入状态。静力触探仪随着摩擦系数、土体刚度指数的增加,其稳态贯入阻力刚开始呈线性增加,之后趋于平缓。而全流贯入仪则主要受探头与土接触面摩擦系数的影响,土体刚度指数对全流贯入仪的稳态贯入阻力基本没有影响,而对其达到稳态贯入阻力所需的位移有一定影响,随着土体刚度指数的增加,所需位移逐渐减小。静力触探试验和全流贯入仪的现场原位测试采用的加载速率一般为20mm/s,塑性区土体应变率一般为室内土工试验的5～7个数量级。天然软土一般具有一定的结构性(灵敏度在2-6之间),而已有研究表明塑性区土体的累积塑性剪应变一般为10～25(即1000%～2500%)。在这种条件下,土体强度的应变率和应变软化效应一般不可忽略。然而,在Abaqus的图形界面窗口,其内置的本构模型无法模拟土体的上述特性,也不能模拟土体不排水抗剪强度沿深度线性变化的特性(除了采用将地基进行分层的方法)。因此,本文基于Abaqus平台将考虑软土强度应变率和应变软化效应的经验计算公式(Einav和Randolph,2005)进行二次开发,并采用CEL方法和该改进的Tresca模型研究了应变率、应变软化效应以及土体强度对贯入阻力的影响。研究表明,对于3种贯入仪,随着土体强度沿深度变化的梯度增加,其贯入阻力均明显增加,且随贯入深度增加贯入阻力呈持续增大的趋势。随着应变率参数μ的增大,3种贯入仪的贯入阻力均有明显的增加,其中μ从0.1增加到0.2时,稳定贯入阻力系数约增长为原来的1.3倍。随着土体延性ζ95的减小,3种贯入仪的稳态贯入阻力系数也逐渐减小。随着δrem的减小(即土体灵敏度的增加),三种贯入仪的贯入阻力系数稳定值逐渐较小。不过,对于全流贯入仪而言,其贯入阻力系数的峰值不受δrem的影响。在海洋岩土工程中很多情况下需要采用重塑软土的不排水抗剪强度进行分析与设计。全流贯入仪的循环贯入试验是获取海洋软土重塑后的不排水抗剪强度的一种重要手段。然而,重塑土与原状土对应的贯入阻力系数是不同的,对于重塑土的不排水抗剪强度不能直接采用原状土中获得的贯入阻力系数换算得到。因此,本文针对T-bar和Ball贯入仪的循环贯入过程进行分析,研究了其循环弱化规律和重塑土的贯入阻力系数取值。研究表明,T-bar和Ball的循环贯入阻力变化趋势相似,在初始几个循环时贯入(拔出)阻力迅速下降,随后逐渐趋于平缓。贯入阻力随循环次数的初始衰减速率与土体的灵敏度相关,随着St的增加,贯入阻力的初始衰减速率越大。qin/qrem的大小总是小于土体灵敏度St,两者并不等价。初始拔出阻力比基本随着土体灵敏度的增加而减小,重塑土对应的阻力系数随着土体灵敏度的增加而增加。通过曲线拟合分别获得了qrem/qin、土体灵敏度St与初始拔出阻力比qext/qin之间的关系式。最后,本文对软土不排水抗剪强度的已有理论和经验计算方法,以及试验确定方法等进行了总结与比较,并基于上述软土贯入仪大变形有限元分析结果分别给出了原状软土和重塑软土中3种贯入仪的贯入阻力系数推荐取值。