近年来,随着我国工程建设与施工技术的发展,倾斜桩基因其承载力高、沉降小等特性被广泛应用于码头建设、海上钻井平台、近海风电场、桥梁、大型输电铁塔等的基础工程中,倾斜桩基能同时承受竖向荷载和水流、风浪、地震等作用所产生的横向荷载,具有较竖直桩基更好的承载特性。此外,倾斜桩基在施工时可降低对土方量的开挖,减小对地表植被破坏,具有较好的经济性和环保功能,因而具有良好的应用前景。然而,调研表明目前对倾斜桩基在组合荷载下的研究报道较少,实践应用超前于理论研究,导致设计过于保守,资源浪费现象较为突出,迫切需要开展进一步的研究,以更好地服务于设计和生产需求。本文在对国内外文献资料搜集整理的基础之上,以珠海市横琴桥梁桩基选型作为试验研究的依托对象,分别构建了竖直单桩、倾斜单桩及竖直基桩、倾斜基桩的模型。基于现场踏勘及桩基设计,借助于室内模型试验与有限元数值仿真方法,对组合荷载作用下倾斜桩基的承载特性及变形性状进行研究。主要研究内容及成果如下:(1)根据桩基室内模型试验经验和量纲分析原理,开展了模型相似比为1:100的室内试验,进行了地基土配比,选取相应的测量原件并进行试验测点布置,并设计了荷载加载方案,选取了桩身变形和桩周应力变化作为监测对象,并对量测点布置进行优化设计,建立了一套比较完整的室内桩基础模型加载试验方法。(2)通过模型试验研究了竖向荷载作用下竖直单桩、倾斜单桩的竖向荷载-沉降特征、桩身轴力、土体阻力、桩土变形等的变化。结果表明,以陡降点来确定竖直与倾斜单桩在竖向荷载下的极限承载力,在荷载较小时,荷载-沉降曲线表现出线性变化特征,荷载增大会导致曲线发生陡降,倾斜单桩的竖向承载力以及轴力大于竖直单桩,随着倾斜角度的增加,桩端阻力所占的比例逐渐减小。倾斜单桩比竖直单桩更早调动桩端阻力来承担上部竖向荷载。此外,竖直群桩的荷载-沉降曲线不存在陡降点,以沉降量来确定竖直群桩的极限承载力,地基土的性质越好,轴力衰减越快,各基桩轴力:角桩>边桩>中桩。(3)通过模型试验研究了不同倾角群桩在预定竖向荷载下逐级施加横向荷载的横向极限承载力、弯矩、位移场变化、土体阻力,采用ABAQUS有限元数值分析方法,拓展研究了组合荷载下基桩倾角、桩间距、预定竖向荷载大小、平面荷载加载角对倾斜群桩横向承载力、横向位移、桩土变形及基桩侧移的影响。结果表明,基桩倾角、桩间距、预先施加竖向荷载越大,其横向位移越小,横向极限承载力越大,横向荷载加载角度存在一个最佳倾角为60°。对组合荷载下倾斜桩基影响由大到小分别是桩间距、基桩倾角、预加竖向荷载、平面荷载加载角。在预定竖向荷载作用下,逐级施加横向荷载的过程中,基桩倾角越大,桩身横向侧移越小。(4)基于ABAQUS有限元分析结果,结合竖直群桩在单一横向荷载下横向承载力的计算方法,建立了组合荷载下便于工程应用的倾斜群桩基础横向承载力计算方法,并用室内试验结果进行了验证。