本文首先基于超长桩的大量试验资料建立了考虑侧土软化的荷载传递模型并对其进行验证，然后利用通用有限元软件ABAQUS模拟了横-竖向耦合荷载作用下超长单桩及群桩，对成层土与桩的相互作用进行了计算分析和参数化研究。在此基础上，对单排斜桩和群桩结构进行了优化设计，具体研究如下： 1、本文基于超长桩大量试验资料，对传统的荷载传递模型进行改进，建立与超长桩侧土工作性状相适应的弹性-软化-稳定三阶段荷载传递模型，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，并引入混凝土的Rusch模型用于考虑高水平荷载作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状，从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析方法，并将荷载传递法计算结果与实测数据、有限元计算结果进行对比验证。 2、研究横-竖向耦合荷载作用下超长单桩桩土相互作用，重点讨论了横向荷载以及竖向荷载对桩基竖向承载力、横向承载力以及土体竖向侧摩阻力、土体水平抗力的影响。研究表明横向荷载的存在对超长桩基础的轴力、侧摩阻力、桩身弯矩有较大影响，且影响区域都集中在桩身较浅部区域。桩端土与桩周土的模量比Kbr对超长桩基础承载力的发挥有较大作用，随着Kbr的增大，在高水平荷载作用下超长桩基础逐渐由摩擦桩向端承桩过渡。 3、对横-竖向耦合荷载作用下单排桩的承台-桩-土体系的弯矩、轴力和横向土体抗力进行了三维数值分析，就超长桩桩顶水平位移过大，承载力不足的缺陷，对超长桩上部进行套管加固研究。研究表明，横-竖向耦合荷载共同作用的单排双桩结构中，前后两桩的轴力、弯矩、侧摩阻力存在较大差异。套管对浅部桩身的加固能较有效降低桩顶的水平位移，并能使浅部土体水平抗力、侧摩阻力向更深部传递。 4、对横-竖向耦合荷载作用下倾斜桩-土-承台体系进行了数值模拟研究，参数敏感性分析和结构优化设计，并结合洋山深水港工程实例对横-竖向耦合荷载作用下的斜顶板桩码头结构进行了分析和验证。通过对洋山深水港二期的斜顶板桩承台结构非线性有限元模拟计算结果和实测数据对比研究表明，本文的数值模型具有较好的可信度。可用于实际工程中的结构的局部受力进行分析和设计。当斜顶桩板桩承台结构同时受高填土侧土压力和竖向荷载共同作用时，竖向荷载的变化对结构水平承载力影响显著。 5、对横-竖向耦合荷载作用下超长群桩不同布桩形式进行分析，对两种布桩形式下的弯矩、轴力、桩顶水平力的分布和变化进行了深入研究。在相同横-竖向耦合外荷载的作用下的群桩基础，圆形布桩比方形布桩的水平和竖向位移均小，且圆形布桩桩身弯矩、土体水平抗力相对更小，各桩轴力分布更均匀，更有利于超长群桩基础承载力的发挥。 6、对超长单排倾斜桩基础和群桩基础进行结构优化设计：(1)通过特定横-竖向耦合荷载作用下不同倾斜角的超长桩基础分析，得到相应的水平和竖向位移，并综合考虑实际因素获得该结构的最优倾斜角；(2)对群桩承台结构两种不同的布桩方式在相同桩顶耦合荷载作用下承台水平、竖向位移对比分析以及群桩中各桩的弯矩、轴力、土体水平抗力进行了深入分析对比，得到群桩最优的布置形式。