随着国家"一带一路"计划和"十三五"规划的提出,各种高层建筑物、高速公路与高速铁路、桥梁、港口及码头等大型基础设施被规划并在建设中,尤其是将西部地区的建设作为重点。我国西部地区地处高原、盆地、山地等复杂地形,并且在该地区广泛的分布着红层泥岩。在红层泥岩地区进行大型基础设施建设,对地基的承载能力和变形要求也较高。桩基础以其单桩承载力高、变形小、施工方便,造价经济等优点,在工程中得到了普遍的推广,成为大型建筑物的重要基础形式。目前,关于红层泥岩桩基的承载机理和计算方法的研究还有待提高,因此需要将红层泥岩与桩基相互作用的机理进行深入研究,确定红层泥岩桩基桩-岩剪切特性及红层泥岩桩基荷载传递机理,深入研究桩-岩接触面粗糙度对桩基承载特性的影响。本文通过提出一种关于桩-岩结构表面三维形貌的测量方法,并对红层泥岩桩基桩-岩表面进行测量,通过测量结果对桩-岩结构面粗糙度进行分类。采用室内直剪试验研究红层泥岩-混凝土接触面在不同粗糙度及不同法向应力情况下的剪切特征,根据桩-岩剪切特征理论推导红层泥岩桩基荷载传递机理。主要包括以下几个方面:(1)利用数字图像处理技术对红层泥岩桩基桩-岩接触面三维形貌特征进行图像采集及图像预处理。运用计算机视觉对经过图像处理后的桩-岩接触表面灰度图像进行三维重构,得到桩-岩接触表面的三维重构形貌图,并与自制的简易接触式粗糙度测量仪的测量结果进行对比分析,验证此方法的准确性。(2)关于桩-岩结构面粗糙度的定量描述主要采用粗糙度特征参数表示,目前采用统计学法和分形几何法两类对结构面的粗糙度特征参数进行求解。基于统计法和分形方法所得的单一特征参数都无法全面描述桩-岩结构面粗糙度特性,因此需要将分形维数与传统参数之间进行结合,从而提出一个更加全面描述桩-岩结构面粗糙特征的三维参数,并对红层泥岩桩基桩-岩结构面粗糙度进行分类。(3)选取成都地区红层泥岩为研究对象,通过现场取样在室内进行泥岩-轮接触面的直剪试验。研究在不同粗糙度及不同竖向应力条件下泥岩-轮接触面的抗剪强度、变形特征和剪切破坏形式。(4)根据室内直剪试验得到了完整的红层泥岩桩基桩-岩接触面剪切特性,即包括胶结破坏、滑移剪胀、剪切滑动3个阶段,建立适用于红层泥岩桩基桩-岩接触面的剪切本构模型。基于桩-岩接触面剪切特性综合分析了红层泥岩桩基的荷载传递特性及其承载力发挥的机理,采用荷载传递法理论推导红层泥岩桩基桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式。