软土的本构关系研究是土力学中的核心课题，也是众多学者关心的前沿问题。目前土体的本构研究主要包括弹性本构关系、弹塑性本构关系等，尽管研究者在建立本构关系时所考虑的反映土体应力应变特性的模型不同，但这些本构关系均是建立在整数阶微积分基础上的，存在一定的局限性，也难以反映软土复杂的性质。因此，考虑软土的复杂性特点，在分数阶微积分上研究土体的本构关系是值得探索的研究方向。 本构研究需要解决的一个重要问题是变形计算问题，而软基沉降问题正是工程中普遍关心的热点问题。因此，本文将本构研究与沉降计算统一考虑，以饱和软土的固结变形机理为切入点，首先，针对饱和性软土的非线性流变及固结过程中主次固结变形耦合的问题，利用分数阶微积分理论研究了分数阶微分粘性体，结合经典粘弹塑性理论的元件模型，建立了一种考虑非线性流变的粘弹塑性本构模型，即软土分数阶微分型本构模型；其次，针对分数阶微分型本构模型参数较多且某些参数获取困难的问题，利用智能位移反演算法研究了模型参数的识别问题；接着，针对软基沉降计算方法及现有有限元软件中土体本构模型的局限性，以ADINA软件为基础，进行了软基沉降的分数阶微分型本构模型的有限元程序开发及应用；然后，结合沉降预测问题，在分数阶微分型本构模型有限元结果的基础上，提出了基于统计的自适应动态邻域微粒群-最小二乘支持向量机算法，建立了软基沉降预测模型；最后，将分数阶微分型本构模型、智能位移反演算法及有限元计算等应用于广州市东新高速公路试验段，进行了堆载预压条件下的沉降计算与预测，取得了令人满意的结果，表明了本文模型的合理可靠性。研究不仅对丰富、完善和发展土体本构理论具有重要理论意义，而且对探索软基沉降计算的新方法，指导软土地区的工程设计、施工等具有十分重要的现实意义。 论文的主要研究内容包括： 1.针对饱和性软土的非线性流变及固结过程中主次固结变形耦合的问题，在软土固结变形机理的基础上，引入分数阶微分元件，分析分数阶微分元件的基本特性，结合软土流变的元件模型，将分数阶微分元件代替线性牛顿体，将瞬时屈服面及粘性屈服面分别代替瞬时塑性部件及粘塑性部件中的圣维南体，建立了一个全新的考虑流变的软土分数阶微分型本构模型，该模型从瞬时弹性、瞬时塑性、粘弹性及粘塑性等四方面应变考虑软土本构模型的组成，其中：瞬时弹性应变由虎克体表示，瞬时塑性应变由瞬时屈服面代替的圣维南体表示，粘弹性应交由虎克体和分数阶微分元件并联体表示，粘塑性应变由粘性屈服面代替的圣维南体和分数阶微分元件并联体表示。 2.针对分数阶微分型本构模型参数多且部分参数获取困难等问题，利用智能位移反演算法研究了模型参数的识别问题，主要解决智能算法的全局最优搜索问题及模型的学习预测问题：针对智能算法的全局最优搜索问题，提出了一种基于统计的自适应动态邻域微粒群算法，它是在基本微粒群算法的基础上，改进了该算法的惯性投重改变方式过于简单及在一些复杂问题和高维函数的优化上易陷入局部极值等问题，从而提高了算法的全局搜索能力；针对模型的学习预测问题，提出了一种改进的最小二乘支持向量机算法，即基于统计的自适应动态邻域微粒群—最小二乘支持向量机算法，主要解决了最小二乘支持向量机算法参数的优选问题，并利用基于统计的自适应动态邻域微粒群—最小二乘支持向量机算法描述待反演参数与已知位移值的非线性关系，从而有效地提高了算法的学习能力及预测精度。 3.针对软基沉降计算方法及现有有限元软件中土体本构模型有限等问题，在ADINA软件平台基础上，推导了分数阶微分型本构模型的总柔度矩阵，包括瞬时弹性柔度矩阵、瞬时塑性柔度矩阵、粘弹性柔度矩阵及粘塑性柔度矩阵等，采用FORTRAN语言开发了分数阶微分型本构模型的有限元程序，实现了在ADINA有限元软件平台下软基沉降的有限元计算，并通过实例验证了该方法和程序的正确性。 4.结合软基沉降预测问题，在分数阶微分型本构模型的有限元分析结果的基础上，生成软基沉降计算的位移时间序列值，利用基于统计的自适应动态邻域微粒群—最小二乘支持向量机算法建立软基沉降预测模型，并结合工程实例验证了该模型的正确性。 5.将本文所建立的分数阶微分型本构模型、智能位移反演算法及有限元计算程序等应用于广州市东新高速公路试验段，进行了堆载预压条件下的沉降计算与预测，取得了令人满意的效果。