岩溶在我国分布较广泛,岩溶发育区域的各项工程不可避免受到岩溶影响。桩基础作为一种深基础因良好的适用性被广泛应用于高层建筑、公路、铁路、码头等工程项目,发挥了独特优势。诸多研究表明,在形态复杂多变的隐伏岩溶地区,隐伏岩溶对桩基承载特性及稳定性影响较大。目前,岩溶区桩基承载力计算与设计理论、检测与施工技术等还很不完善,设计与施工控制缺乏可操作性。以往研究多是针对水平顶板溶洞,对倾斜顶板岩溶区桩基的承载特性、溶洞顶板的破坏机理与稳定性评价有待深入研究。本文通过室内试验、模型试验、理论分析、数值模拟以及现场试验等方法,结合位于山东隐伏岩溶发育区某在建大型项目,深入研究了倾斜顶板溶洞对桩基承载机理的影响规律,并对单桩和群桩桩端荷载下溶洞顶板破坏机理与桩基整体稳定性评价进行了详细研究,取得了具有理论价值和工程意义的研究成果。主要研究内容与成果包括以下几个方面:(1)研究了岩溶发育的形态规律,分析了岩溶区桩基病害特征、病害机理并对其类别进行了划分,建立了岩溶区桩基地质模式体系。(2)开展了依托工程现场石灰岩试样物理力学特性的室内试验,获得了石灰岩的物理力学参数。根据相似理论和分离相似设计方法,通过多组试验确定了溶洞顶板相似材料配合比,研制了石灰岩相似材料,并成功应用于本文模型试验。(3)研发了大型组合式多功能桩基模型试验系统。研制了可测试桩端沉降和桩端阻力的新型模型桩、桩基模型试验数据采集与分析系统,开发了模型单桩和群桩配套压力传感器,实现了桩顶荷载与桩顶沉降、桩端阻力与桩端沉降的并行实时采集。(4)开展了多组不同条件下岩溶区单桩与群桩模型试验。分析了不同溶洞顶板厚度、不同桩径、不同溶洞跨度、不同顶板倾角条件下单桩桩端溶洞顶板的破坏规律,揭示了溶洞倾斜顶板冲切破坏的机理;基于群桩桩端不同位置溶洞顶板的破坏模式对比试验研究,揭示了群桩下溶洞顶板的破坏规律,分析了桩身轴力、桩端阻力与桩端沉降、桩顶承载力与桩顶沉降的变化规律,提出了考虑岩溶影响的桩基荷载传递模型。(5)根据模型试验结果,建立了反映岩溶区桩基桩侧摩阻力特性的桩侧荷载传递模型,基于ABAQUS软件平台子程序UMAT和FRIC进行了材料库和接触模型的二次开发和算例验证,揭示了不同规格溶洞、不同溶洞布置模式下单桩和群桩基础承载特性及顶板破坏机理。(6)基于Serrano嵌岩桩桩端极限承载力计算理论,提出了岩溶区桩基5种桩端顶板破坏模式,建立了倾斜溶洞顶板下桩端极限阻力计算极坐标系,构建了岩溶区倾斜溶洞顶板极限端阻力计算方程,根据溶洞顶板厚度和溶洞直径大小对方程组解的相关关系,确定了不同破坏模式下极限端阻力计算式,并通过模型试验结果验证了理论的正确性。基于荷载传递法、岩溶区桩基荷载传递模型和倾斜溶洞顶板下桩端极限阻力计算方法,提出了基于溶洞顶板破坏控制的岩溶区桩基极限承载力计算方法。(7)基于可拓学评价理论和溶洞顶板破坏控制的岩溶区桩基极限承载力计算方法开发了岩溶区桩基稳定性评价与承载性状分析软件。总结分析影响桩-洞整体稳定性的相关因素,建立了岩溶区桩基稳定性评价指标体系;基于MicrosoftVisua1 Studio2012开发平台,采用C Sharp编程开发语言编制了岩溶区桩基稳定性动态评估分析系统,实现了岩溶区桩基稳定性评价与承载性状分析的程序化和界面化,实现了岩溶区桩基稳定性动态评估与动态优化设计。(8)开展了桩端有溶洞的桩基现场静载试验。根据现场测试数据,研究了不同荷载等级下桩端阻力、桩身轴力和桩顶荷载及其沉降变化规律,揭示了桩端阻力、桩侧阻力、桩身荷载的传递特性。试验数据与评价分析软件的计算结果对比较吻合,验证了本文岩溶区桩基承载机理及其承载力计算方法和分析软件的合理性。