软基固结变形问题是目前学术界与工程界共同关注的热点问题。我国软土层分布广泛，其具有高含水量、高压缩性、低渗透系数等“三高两低”的特点，使得与之相关的软基加固措施变得十分必要。而目前在软土加固工程中，预压排水固结法因具有操作简便、施工工期短、成本低等优点，被广泛使用，其实质是通过加载预压使得地基达到排水固结的目的，理论计算上归结为土体的固结问题。软土具有较强的各向异性，使土体性质产生不均匀性。太沙基固结理论中一条重要假设是土体性质不变，而固结过程土体渗透系数、固结系数等宏观性质随着微观结构的变化而不断变化，导致了传统的固结理论在计算软基的变形和破坏时与实际监测值存在较大差异。为此，本文依托广东省东沙至新联高速公路软基处理工程，以预压排水法为代表，从微观结构角度出发，对软基加固过程中土体微观结构变化、变形沉降规律进行研究，建立渗透系数变化的固结模型，探索设计参数优化方法，旨在丰富、完善和发展软土性质不均匀固结理论与方法，也为预压排水软基加固工程设计提供有价值的参考。论文主要内容包括： (1)研究不同深度软土的微观结构特征，运用图像处理技术分析土体固结过程中渗透系数的变化与土体孔隙比、颗粒形状系数、孔隙直径等微结构参数的关系，分析渗透系数随深度的变化规律； (2)基于上述规律，在太沙基固结理论的基础上推导变渗透系数条件下的竖向非线性固结模型；同时借鉴前人研究成果分析渗透系数径向变化规律，在传统含竖向排水体沙井地基固结理论的基础上推导变渗透系数条件下的径向固结模型； (3)将本论文推导的模型应用于塑料板排水预压软基工程，计算排水板间距和深度对软基固结沉降的影响，从而对设计参数进行优化。计算结果表明，对于本工程，排水板间距1.5m，深度20m较为合理。