本文以国家重点基础研究发展计划(973计划)"特大跨桥梁全寿命灾变控制与性能设计的基础研究"(2013CB036304)课题四"复杂环境下深水基础承载行为演化与长期性能设计"(2013CB036304)为依托,系统总结了沉井基础承载特性和软土流变特性的研究现状,指出了沉井基础长期水平承载特性研究中存在的不足,采用模型试验、现场测试、数值模拟与理论分析相结合的研究方法,针对软土地区沉井基础的长期水平承载特性与计算方法开展研究。主要研究内容如下:开展了长期水平荷载作用下普通沉井、分体式沉井和桶形沉井的全模型和半模型试验,重点研究了长期水平荷载作用下各沉井模型的变形及土抗力随时间的变化规律,分析了不同沉井模型的长期承载特性。在长期水平载荷半模型沉井试验中引入了颗粒图像测速(PIV)技术以观测土体内部位移场随时间的变化规律,测试结果表明PIV测试技术能够反映沉井模型的长期变形趋势,测试结果与常规测试方法测得的结果较接近。进行了望东长江公路大桥根式沉井和马鞍山长江公路大桥根式沉井群的现场长期水平静载试验,得到了根式沉井及根式沉井群的荷载-位移曲线以及不同时间根式沉井、根式沉井群以及沉井周围土体沿深度方向水平位移的分布曲线,试验结果表明软土地区沉井的长期变形不可忽视。针对室内模型试验与现场试验的地基土,进行了不同围压下重塑饱和黏土与淤泥质粉质黏土的三轴固结不排水剪切试验和三轴固结不排水蠕变试验,获得了土样的基本力学特征参数,并确定了土样在不同围压作用下的抗剪强度指标,分析了不同围压下土样的轴向应变随时间变化规律以及不同应力水平下的轴向蠕变速率变化趋势,总结了土样三轴蠕变过程中的变形特性。基于Origin强大的非线性拟合功能,针对两种土体的三轴固结不排水剪切蠕变试验结果,对一维Merchant流变模型和一维Burgers流变模型进行了参数辨识,同时也对一维Mersi经验流变方程和采用双曲线函数描述应力-应变关系的幂函数经验流变方程中的流变参数进行了辨识,将上述四种流变模型计算结果与试验结果进行了对比分析。然后将一维Burgers流变模型推广至三维,并根据模型特征采用回归分析法对流变参数进行了辨识,采用FLAC3D软件对土体蠕变试验进行了实体建模,基于三轴流变试验结果,进一步验证了三维流变模型中流变参数的合理性。根据荷载平衡关系建立了沉井-土的相互作用方程,将沉井沿深度方向进行离散并建立了沉井-土单元的控制微分方程,采用地基土的基床系数、截面惯性矩与沉井转角的乘积来考虑了沉井基础底部转动所引起基底土产生的反弯矩,根据不同边界条件,进而采用矩阵传递法解得沉井变形与内力的半解析解。基于土体三轴蠕变试验结果,采用流变参数描述了土体割线模量E50的衰减规律,基于弹性模量与割线模量E50间的关系,推导了土体流变特性对地基反力模量的影响,并得到了地基反力模量的衰减表达式。采用Matlab将上述求解过程进行编程,针对模型试验边界条件和加载条件,对沉井模型的长期水平变形进行了计算,取地基反力模量取加权平均值,并将地基反力模量随时间的关系引入该程序,可计算得到不同时间沉井的典型变形量,计算结果与试验结果吻合较好。此外,利用该算法,取原状淤泥质粉质黏土三轴蠕变试验结果经参数辨识后的流变参数均值来描述土层地基反力模量的衰减规律,对望东长江公路大桥现场试验中的根式沉井长期水平变形进行了计算,沉井随时间的变化规律基本一致。针对琼州海峡大桥,采用本文提出的沉井长期水平承载特性计算理论,对该工程的基础方案之一圆形沉井的长期水平变形进行了计算,预测了其长期全过程的变形特性,以期为其工程安全与维护提供参考。最后,在总结本文研究工作的基础上,就本课题有待进一步开展研究的问题进行了展望。