静压桩以其安全性、对环境影响小、施工便捷等特点,得以在工程中大量应用。静压桩在压入和加载过程中,会对桩周土体的应力、密度等产生影响。本文利用镶嵌界面土压力计的试验方法,结合半解析半数值法,通过考虑静压大变形、砂土状态相关剪胀特性,建立数值模型,研究了砂土地基中管桩在静压和随后的水平加载下桩体受力特性。主要研究内容和取得研究成果包括:1.研制了静压模型桩竖向、水平自动加载系统及落砂设备研制和改进了用于桩体静压和水平加载的试验系统。该系统采用PLC伺服电动缸控制,实现自动、稳定和精确加载。通过加入水平加载随动装置,实现以下加载模式:模拟静压桩在恒定竖向荷载和恒定加载速率的贯入;模拟桩体在压入后施加不同加载方式的水平荷载;模拟贯入后对桩体施加竖向、水平向联合荷载。研制了落砂装置,该装置能制备出均匀、重复性好、广泛密实度的砂样,基于该装置通过试验得出了砂样密实度与落距、开口孔径的相关性规律。2.提出一种半解析半数值方法,用于模型试验静压桩的受力变形分析以B样条函数假设桩周荷载分布规律,采用数值法求灵敏度矩阵,基于模型试验测出的各点应变修正灵敏度矩阵,推导出桩周摩阻力和侧压力。通过试验和理论分析得出了静压过程中桩侧压力随着静压贯入、卸载时桩侧压力的变化规律:贯入深度较大桩侧为正摩阻力,贯入深度较小以及轴力卸载至一定值时桩侧为负摩阻力,桩侧摩阻力和侧压力成正比关系。3.利用镶嵌界面微型土压力计模型桩研究静压、水平受荷桩的特性研制镶嵌界面微型土压力计的模型桩,在标定槽内模拟桩周复杂荷载状态,提出加载、卸载和重新加载与输出电信号之间的相关关系。桩体静压试验结果表明,桩端阻力占总阻力比例超过90%,随着压桩深度的增大桩端阻力占总阻力比例有下降趋势;桩侧压力随着贯入深度的增大呈非线性增大趋势,同一深度桩侧压力随贯入深度的增大而降低;水平荷载作用下,迎土侧土压力有峰值,随着水平荷载的增大,峰值的深度逐渐增大;5.5D深度范围内,背土侧土压力极小,深度大于5.5D,背土侧土压力随着深度和荷载的增大而增大。4.利用大变形理论、CEL显式积分算法和状态相关砂土本构理论分析桩体静压和水平加载时的受荷变形特性基于大变形理论,利用耦合欧拉-拉格朗日显式积分算法,得出状态相关砂土本构模型的显式积分表达式,并将其应用于有限元程序ABAQUS中,提出桩体静压和水平受荷数值分析模型。数值模拟结果表明,静压贯入过程桩端处土压力集中,塑性区范围、竖向承载力均随着桩径的增大而增大;贯入初期,桩端上部为负摩阻力,贯入深度增大后,桩侧为正摩阻力;水平荷载作用下桩侧土压力有峰值,水平荷载增大,侧压力峰值深度增大。