随着我国城市建设、高速铁路、高速公路、跨海大桥的高速发展,受被动荷载作用的被动基桩越来越多。通常情况下,被动基桩不但受到桩身被动荷载作用,还承担桩顶竖向荷载作用以及受堆载产生的桩侧负摩阻力影响。然而,目前对组合荷载作用下被动桩承载机理研究相当匮乏,缺乏系统的计算方法与设计理论,更没有具体的设计理论和规范可供参考,这使得组合荷载作用下被动桩承载力计算及合理、经济的设计成为当然被动桩问题的重点难题。因此,开展系统而深入的组合荷载作用下被动桩承载机理研究显得尤为重要。本文在国家科技支撑计划项目子课题一"外海深厚软基大回淤超长沉管隧道设计与施工关键技术"(2011BAG07B01)、973国家重点基础研究发展计划(2013CB036304)、国家自然基金项目(51478109)、"十二五"交通运输重大科技专项(2011318494160)以及浙江省台州湾大桥建设项目研究课题"新吹填区不平衡堆载对已建桥梁桩基的作用机理研究"的支持下系统地开展了以理论推导研究为主,现场工程桩原位试验、室内模型试验以及参考文献验证为辅的组合荷载作用下被动基桩承载机理研究。本文所做主要工作及主要结论如下:(1)将常用的线弹性、非线性弹性、线弹性-塑性以及非线性弹性-塑性桩土相互作用模型进行归类提出统一线弹性-塑性p-y曲线表达式;基于传递矩阵法的一维线性特征,将土抗力系数、桩身被动荷载分布、土体自由位移场的位移分布、考虑桩侧负摩阻力与否时的桩身轴力分布均进行均匀化与常数化处理,采用Laplace正逆变换结合传递矩阵法推导出土体运动下成层地基土中考虑桩身轴力以及不考虑桩身轴力时被动桩身响应的半解析解通解,并得出被动荷载作用时的主动桩桩身响应半解析通解;(2)通过对国外规范以及国内外研究现状证明了 Boussinesq弹性理论改进解的合理性与正确性;在忽略地基土体的成层特性对水平附加应力的影响的基础上,推导得出了有限边界条件下及无限边界条件下的矩形分布、三角形分布荷载作用时角点处与非角点处水平附加应力解析解以及临界位置处的水平附加应力解析解,并通过数值方法验证了解析解的正确性;(3)结合传统局部塑性变形理论与堆载产生的水平附加应力荷载作用,提出通过逆向推导与正向推导所产生的推力在土拱塑性区域范围内平衡点位置进而确定合理桩身被动荷载的方法;在此基础上,建立堆载短期作用及堆载长期作用时桩身被动荷载、被动桩剩余推力、剩余水平附加应力理论及计算方法,并通过原位工程桩试验与室内模型试验得到了很好的验证;随后开展了桩身轴力影响分析,结果表明:桩顶竖向荷载对被动桩身响应有影响,且影响程度随着桩顶竖向荷载的增加而越来越显著;特别地,当桩顶荷载达到竖向容许荷载时,桩身最大变形增加近10～15%,最大弯矩增加将近16～20%;同时,堆载荷载的增加会加剧组合荷载作用下的被动桩桩身响应;(4)堆载作用下桩身被动荷载参数影响分析的结果表明:桩身被动荷载随着堆载高度、土体内摩擦角、黏聚力、土体重度的增加以及桩间距与桩径比值Di/dd的减小而增加,当桩身被动荷载达到极限值时,桩身被动荷载不再随着堆载高度的增加而变化;桩身剩余水平推力及剩余水平附加应力作用均随着堆载高度增加而逐渐增加,但随着土体内摩擦角、黏聚力、土体重度的增加以及桩间距与桩径比值D1/d的减小而减小,然而土体内摩擦角以及桩间距与桩径比值D1/dd变化的影响更为敏感;(5)成层地基土中,与硬土层中桩身极限被动荷载相比,软土层中的桩身极限被动荷载要小,且随着软土层厚度的增加而减小;合理临界桩间距与桩径比值(D1/d)crit的合理范围应该介于堆载短期作用时的合理临界桩间距比值(D1/d)low和堆载长期作用时的合理临界桩间距比值(D1/d)upper之间;(6)在"双土拱效应"理论基础上,采用莫尔圆极点方法确定桩后土拱效应区域范围并推导出库伦主动土压力以及考虑土拱效应时的桩侧主动水平压力解析表达式;结合局部塑性变形理论改进解推导出滑坡推力作用下桩身被动荷载解析解。在此基础上开展了桩身被动承载特性及桩身被动荷载参数影响分析,结果表明:桩身极限被动荷载及被动荷载合力随着滑坡倾斜角度β、土体内摩擦角φ的增加以及随着桩间距D1/d比值的减小而增加,且增加的幅度越来越大;当考虑桩顶竖向荷载作用时,桩顶竖向荷载对抗滑桩桩身响应有影响,且影响程度随着桩顶竖向荷载的增加而越来越明显,同时这一影响随着桩身被动荷载增加而更加显著;随着桩身嵌固深度的增加,组合荷载作用下被动基桩桩身内力与变形显著减小;(7)堆载长期作用时需考虑软土剪切强度随固结度增加而增长的影响;堆载长期作用下需要考虑桩侧负摩阻力可能产生的影响,如果桩身负摩阻力中性点位于桩身变形最大值范围内时,则桩侧负摩阻力对组合受荷被动桩承载特性存在一定程度的影响,一般不超过5.5%;如果中性点位置远离桩身变形最大值范围,则可以忽略桩侧负摩阻力对桩身轴力以及组合受荷被动桩承载特性的影响;(8)在进行堆载作用下被动排桩承载特性计算及设计过程中,应以堆载长期作用时产生的桩身被动荷载作为第一排被动桩桩身被动荷载的设计值;对于非第一排被动桩来说,应以堆载短期作用时第一排被动桩产生的剩余水平附加应力作用进而产生的短期作用时桩身被动荷载作为设计荷载。