自“一带一路”重大合作倡议提出以来,大量寒区工程项目开始实施。桩基础有良好的承载特性及施工便利等优点,在寒区建筑工程得到广泛应用。因此,深入研究群桩基础与冻胀和冻融土的相互作用有重要的工程实际意义,为此,很多学者对此进行了试验和理论研究,并就此得到了大量的研究成果。本文采用GWD-150型高低温交变试验箱、5G102型直线位移传感器、BX120-3AA型电阻式应变片、DH3818-2型静态应变测试仪及控温补水系统,来模拟自然状态下土体的单向冻结和融沉,并对群桩基础和冻胀及冻融土的相互作用进行研究。考察了重塑粉质黏土冻胀和融沉过程中,冻胀温度、回暖温度和桩间距等主要因素对桩土系统中的一些关键变量的影响。本文主要研究内容包括:(1)在冻结温度分别为-10℃、-15℃及-20℃和桩间距S=2d、3d及5d条件下,研究了相同含水率土样的温度场、桩顶上拔位移和不同深度桩身侧摩阻力随时间发展规律。试验结果表明:在单向冻结过程中,桩周土体温度呈渐变趋势,且受冻结冷端温度影响,桩周土体温度随时间变化曲线可分为三个阶段:第I阶段-迅速降温阶段,第Ⅱ阶段-缓慢过渡阶段和第Ⅲ阶段-温度稳定阶段。冻结锋面随着冻结时间延长缓慢下移,冻结温度越低,第Ⅰ阶段温度降低越迅速,冻结锋面的位置越深。群桩基础上拔位移的发展也可大致分为三个阶段:迅速增长阶段Ⅰ、稳定增长阶段Ⅱ和平稳阶段Ⅲ。冻结温度越低,桩上拔位移越大,角桩上拔位移明显大于中心桩。不同冻结温度时,相同位置桩的侧摩阻力变化规律相似,沿着桩身呈正负摩阻力交替变化,桩身受力保持平衡。冻结温度越低,中心桩和角桩的桩段平均侧摩阻力越大。相同冻结温度下,角桩的侧摩阻力绝对值最大值比中心桩大,且最大值出现的位置不同。相同冻结温度条件下,不同深度土样温度变化受桩间距影响较小,而不同位置桩顶上拔位移和桩身侧摩阻力受桩间距影响较大。随着群桩桩间距增大,不同位置桩的桩顶上拔位移均增大,中心桩与角桩上拔位移差则减小,而且不同位置桩的桩身侧摩阻力也增大,角桩和中心桩的侧摩阻力的差也在减小。(2)融沉模型试验先将冻结温度调至-20℃,土样冻胀一段时间后再分别升温至10℃、15℃及20℃,在桩间距S=2d、3d及5d条件下,研究了土样温度场、不同位置桩沉降及侧摩阻力变化趋势。试验结果表明:升温回暖过程中,各深度土样温度变化趋势基本相似,具有明显的时间效应,其变化可分为三个阶段:第Ⅰ阶段-缓慢降温阶段,第Ⅱ阶段-升温阶段和第Ⅲ阶段-温度稳定阶段。不同位置桩的沉降位移发展规律可大致分为三个阶段:第Ⅰ阶段-桩身稳定阶段、第Ⅱ阶段-快速沉降阶段和第Ⅲ阶段-缓慢沉降阶段。同第Ⅱ阶段相比,第Ⅲ阶段的温度变化率明显减小,桩身沉降趋于缓慢。融化温度越高,第Ⅱ阶段维持时间较长,冻土融化沉降更加完全,桩最终沉降量也越大。当桩间距一定时,融化温度越高,桩身所受的侧摩阻力越大,且中心桩所受的侧摩阻力比角桩小;当融化温度一定时,随着桩间距增加,不同位置桩的桩身侧摩阻力均增大,且差值减小。