随着我国经济水平的提高,大直径扩底桩已被广泛应用于高层建筑、厂房、输电塔、海洋结构等建(构)筑物的基础上。但由于其承载机理的复杂性,对大直径扩底桩的理论研究工作还未跟上应用水平,在承载力确定和变形计算方面至今未获得统一的计算方法。而且大直径扩底桩在应用于海洋结构上时往往还会受风、波浪荷载的影响,这会对扩底桩的稳定与变形产生影响。因此,本文采用现场试验、理论分析、数值模拟相结合的手段,对大直径扩底桩承载性能的影响因素进行研究,提出了一个能够较为简单准确计算大直径扩底桩极限承载力的公式,并对受风浪荷载作用的扩底桩桩周土的应力特征进行分析,以期能够对大直径扩底桩用于海岸工程时的设计有所帮助。本文主要内容如下:(1)根据现场载荷试验结果,分析了扩底直径(D)、桩长(L)、桩长与桩底直径之比(L/D)、桩底直径与桩身直径之比(D/d)等几个关键设计因素对桩竖向承载力的影响,并对比分析了扩底桩与等直径桩在相同场地条件下竖向承载力之间的差异。结果表明,桩径与桩长相同时,扩底桩的竖向承载力要远高于等直径桩,桩底碎屑对扩底桩承载力有较大削弱;大直径扩底桩受竖向荷载时表现为摩擦端承桩,其端阻力占竖向极限承载力的65%以上;对于给定的土质条件,桩长或扩底直径的增加有助于扩底桩竖向极限承载力的提高,而使扩底直径在提高承载力方面发挥更有效的作用的最佳L/D比值约为3.2。(2)基于现场载荷试验数据,建立大直径扩底桩ABAQUS三维有限元模型,进一步研究桩身直径(d)、持力层变形模量(Eb)、桩侧土模量与持力层模量之比(Ec/Eb)对大直径扩底桩承载性能的影响;同时基于π定理,综合考虑影响大直径扩底桩极限承载力的因素,提出大直径扩底桩极限承载力计算公式,并将公式预测结果与实测结果进行对比。结果表明,增加桩径能够提高大直径扩底桩的极限承载力,但增加幅度较小,承载力增加的部分主要由摩阻力提供;持力层的变化能够较为显著的影响大直径扩底桩的竖向承载性能,在相同的条件下,持力层模量越大,扩底桩承载性能越好,且随着Ec/Eb值减小,扩底桩极限承载力增加速度会略有升高;基于π定理所提出的极限承载力公式能够较为准确的预测大直径扩底桩的极限承载力,计算结果与现场载荷试验结果误差在10%以内。(3)分别建立大直径扩底桩和等直径桩ABAQUS三维有限元模型。考虑到桩周土应力主轴旋转对桩基承载力的影响,着重分析了扩底桩受风浪荷载时桩周土的应力特征,并对扩底桩桩周土和等直径桩桩周土应力主轴旋转角度的规律进行对比分析。结果表明:扩底桩在承受风浪荷载时,上部桩桩周土偏应力和主应力方向角的变化较为明显,扩底段部分桩周土受动荷载的影响较中段更为明显;随着桩周土与扩底桩距离的增加,桩周土主应力方向角旋转幅值逐渐减小,直到减小为一个较为稳定的值;扩底桩桩周土与等直径桩桩周土的主应力方向角旋转幅值变化规律有所不同。