刚性长短桩复合地基中桩土间的相互作用问题较等长桩复合地基更为复杂,且具体表现及原因也有所不同。在传统的以承载力为基准的设计理念中,现有规范通过承载力发挥系数这一概念对不同桩型、土体的发挥和相互作用进行综合描述,这一系数的确定,大多数情况下仍以经验确定为主,各组成部分发挥系数相互独立,不能很好体现桩土相互作用的工作机理。本文运用数值模拟、室内模型试验及理论分析手段对刚性长短桩复合地基竖向荷载作用下的传力机制进行研究,特别是对桩土单元的荷载分担及变形刚度发挥过程进行了探讨,改进了既有基于等沉降准则的长短桩复合地基设计计算方法。本文主要研究工作和研究成果归纳如下:(1)基于离散元-有限差分耦合方法对长短桩复合地基褥垫层进行分析,基于发挥土体承载特性,认为在上部结构达到允许最大沉降条件下,有效褥垫层厚度应大于阻滞区的高度,并且验证了采用Winkler弹性地基梁模型计算褥垫层模型的合理性;(2)综合考虑复合地基桩侧摩阻的分布模式及桩土相互作用关系,建立了考虑桩土相互作用的长短桩复合地基计算模型。为了达到满足承载特性前提下,尽可能降低沉降,充分利用桩土刚度的目的,对长短桩复合地基中不同参数的影响进行计算分析,并从相互作用角度诠释了影响产生的机理,得出:长桩或短桩桩长增大时,均能够有效增大整体竖向抗压刚度,而增大长桩桩长或减小短桩桩长,由于增大了桩端距离减小桩端相互作用,导致短桩和长桩的桩体单元刚度提高;褥垫层厚度的增大相当于在基底增加了一层刚度为褥垫层刚度的弹簧,导致整体竖向抗压刚度降低。将桩体及其正上方土体视为一个整体对桩体进行分析,褥垫层厚度的增大降低了这一整体的单元刚度,减小了桩体分担荷载及桩体单元刚度,提高了土体荷载分担以及土体单元刚度;桩端持力层刚度的增大相当于桩端弹簧刚度增大了一个固定值,导致整体抗压刚度提高。就桩体单元分析,相同刚度增大量,长桩单元刚度增长幅度小于短桩,导致长桩荷载随桩端持力层刚度的增大而减小。但在基底应力增大到转折点时,桩端持力层的增强导致的桩体上刺入增大,整体刚度反而随桩端持力层的增强逐渐降低,同理桩土单元刚度、长短桩桩土应力比均在转折点之后呈现反转。桩径的增大通过增大桩端和桩侧受力面积两方面提高了桩体单元刚度及整体刚度,但桩端和桩侧面积分别与桩径的二次方和一次方呈正比例,所以桩径的增大虽然同时增大了长桩和短桩分担荷载,但桩土应力比及长短桩发挥系数反而呈减小的趋势。(3)采用有限差分数值模拟与室内模型试验相结合的研究方法,系统分析了不同复合地基型式下,复合地基整体及桩土单元承载特性及刚度演化规律。其中承载特性通过相同基底应力各组成部分的分担荷载进行分析,刚度则通过相同基底沉降条件下各组成部分的分担荷载进行阐述。复合地基整体部分由单桩复合地基到四桩复合地基,受到加载板尺寸增大以及桩体增多造成的桩桩相互作用造成的影响,削弱了整体刚度。桩体在不同地基型式变化过程中承载特性及刚度表现也有所不同,主要受土体相互作用的不同程度的影响。由单桩桩基过渡到单桩复合地基,土体由被动受力演变为主动承担基底应力,对桩体产生了下拉作用削弱了桩体单元刚度。由单桩复合地基过渡到四桩复合地基,桩体增多导致桩桩相互作用效应增大,并且土体受力面积增大导致相同应力下土体沉降增大,使得桩体受到了额外的附加沉降。在桩土共同影响作用下,四桩复合地基桩体单元刚度小于单桩复合地基。土体单元刚度变化主要受地基尺寸及桩体分担荷载作用的影响。天然地基过渡到单桩复合地基,桩体较土体分担了更多的荷载。但在相同基底沉降条件下,通过刚度分配原则对土体分担荷载与桩体单元刚度之间的关系进行分析,认为土体分担荷载单元刚度受桩体刚度主导,桩体单元刚度较小时,土体分担荷载较大,将基底沉降与土体分担荷载曲线割线斜率视为土体单元刚度,则桩体单元刚度越小,土体单元刚度越大。土体单元由单桩复合地基过渡到四桩复合地基时,桩体置换率未发生改变,土体主要受尺寸效应的影响,由于相同应力条件下,土体面积尺寸越大,土体沉降也越大,所以四桩复合地基中土体单元刚度小于单桩复合地基中土体单元刚度。(4)分别考虑长桩、短桩、土体单元刚度及桩土单元分担荷载受群桩效应影响的不同程度,由单桩复合地基桩土刚度计算四桩复合地基时,长桩、短桩、土体单元刚度修正系数均小于1,且通过试验及数值模拟得出单元刚度修正系数由大到小分别为:长桩桩单元刚度修正系数、短桩桩单元刚度修正系数土体单元刚度修正系数。(5)通过对桩土单元刚度的分析,引入刚度修正系数,给出了改进的基于等沉降准则的刚性长短桩复合地基承载力计算公式。结合工程实例,验证了修正计算公式的可靠性并分析了计算误差的原因和处理方法,在保证精确度基础上,该方法偏于安全。