随着国民经济高速发展，我国的城市建设发展异常迅速，相关的地下工程越来越多，特别是沿海地区城市，大部分深基坑工程位于软土中，对基坑工程的安全性提出了更高的要求。天然沉积土经历漫长的地质年代中而形成，其岩土工程参数具有显著的空间变异性，表现为不同空间位置处，土工参数测试值具有离散性和不确定性。由于软土组成复杂，具有明显的结构性，存在钻孔取样扰动大，室内实验结果可靠性低等缺点。准确评估软土的岩土工程参数的空间变异性，需要采用高精度孔压静力触探(CPTU)原位测试技术。
　　土工参数的变异性导致岩土工程设计方案的不确定性(例如系统功能响应的不确定性)。为了降低设计方案的系统功能响应变化对土工参数变异性的敏感程度，可以采用岩土工程稳健性设计方法。岩土工程稳健性设计方法(Robust geotechnical design)，又称岩土工程鲁棒性设计方法，对岩土工程设计参数进行不确定性分析，通过调整易控的设计参数(如支护结构几何结构参数或其它易控参数)来降低系统功能响应对不可控的设计参数(土体参数)变异性的敏感程度；同时，考虑设计方案的成本，达到设计方案功能响应变化最小，设计方案成本最低的要求。
　　论文以国家科技支撑计划项目子课题、国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金项目、江苏省杰出青年基金项目和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目为依托，基于孔压静力触探(CPTU)原位测试数据，识别海相软土的均质土体单元，研究海相软土的均质土体单元的土体参数的空间变异性特征。提出非平稳的对数正态分布随机场的条件模拟方法，研究具有深度趋势和各向异性的土体参数的空间分布规律。采用蒙特卡洛模拟，分析不排水抗剪强度的空间变异性对软土基坑(抗隆起和抗倾覆)可靠性影响。考虑土体参数的空间变异性，优化设计方案的系统功能响应变化和成本造价，获得内撑式地下连续的软土基坑稳健性设计结果。主要研究内容和结论如下：
　　(1)基于CPTU的均质土体单元识别。基于CPTU测试的淤泥质软土不排水抗剪强度预测结果与十字板剪切试验的不排水抗剪强度结果吻合的非常好。在土性构造相同的土层内，相同CPTU钻孔内，基于不同土体参数的均质土体单元识别结果并不相同，其相互间并没有相关性。均质土体单元在Robertson土分类图内分布比较集中，其土体参数的变异性很小。
　　(2)基于随机场理论的均质土体单元参数的空间变异性特征。采用随机场模型，对均质土体单元的土体参数的空间变异性进行研究。竖直方向上采用严格的自相关函数拟合方法研究土体参数的空间变异性，并对波动分量进行修正的Bartlett检验。水平方向上，采用平均零跨法来估计土体参数的空间变异性。结果表明，场地内没有特定的自相关函数模型可以统一描述海相软土的随机场特征。锥尖阻力和不排水抗剪强度的空间变异性具有明显的深度趋势和各向异性。通常，水平方向上的波动范围比竖直方向上的波动范围高一个数量级。
　　(3)提出土体参数空间分布的非平稳随机场的条件模拟方法。结合CPTU测试数据，采用非平稳对数正态随机场的条件模拟方法，推导了土体参数空间分布的条件概率密度，模拟土体参数的深度趋势和各向异性的空间分布规律。该方法采用LDLT算法分解条件协方差矩阵，对土体参数的趋势函数和协方差结构没有要求，适用于具有任意网格形式的非平稳对数正态随机场的条件模拟。
　　(4)阐明不排水抗剪强度的空间变异性对软土基坑可靠性的影响。采用非平稳对数正态随机场的条件模拟方法，研究了不排水抗剪强度的变异系数，波动范围和空间折减特性对软土基坑抗隆起和抗倾覆可靠性的影响。结果表明，软土基坑抗隆起的安全系数的概率密度函数服从对数正态分布。软土基坑抗倾覆的安全系数的概率密度函数难以估计。若忽略波动范围的影响，会明显高估基坑的失效概率。竖直波动范围对失效概率的影响程度远大于水平波动范围对失效概率的影响程度。较小的波动范围会产生更多的空间平均效应，降低土体参数的变异系数，设计方案的失效概率也随之降低。
　　(5)提出考虑土体参数的空间变异性的软土基坑稳健性设计方法。针对内撑式地下连续墙的软土基坑设计，将不排水抗剪强度的空间变异性引入设计方案的功能函数响应的稳健性分析中，综合考虑设计方案的功能响应变化和成本造价，采用多目标优化方法，取得稳健性设计结果。对比结果表明，稳健性设计方案的系统功能响应的变化要显著小于原始设计方案的系统功能响应的变化，稳健性设计方案的地下连续墙的内力最大值仅为实际设计方案的60%左右。稳健性设计的成本造价要显著小于原始设计方案的成本造价，稳健性设计方案的钢筋面积仅为实际设计方案的70%左右。