近年来,随着我国海上工程的不断建设,利用天然的海底钙质砂地基并在其上部通过桩基础进行承载的工程层出不穷。然而,天然的钙质砂地基疏松多孔且极易破碎,由此带来的工程隐患也十分严重。此外,桩体受海水常年腐蚀以及与钙质砂地基的结合问题,也使得水下桩基的承载力得不到保证,而膨胀桩通过扩大截面积与钙质砂进行更好的结合,以及增大端摩阻力及侧摩阻力的方式有望提高整体桩基的承载力。因此,本文选取某海域的钙质砂,结合PFC颗粒流数值模拟软件,分别开展钙质砂力学特性及破碎机理研究、钙质砂地基中单桩膨胀荷载传递机理及承载性能研究和钙质砂地基中群桩膨胀荷载传递机理及承载性能研究,主要研究成果如下:1)钙质砂力学特性及破碎机理研究通过载荷作用下钙质砂颗粒破碎特性试验研究及数值模拟研究,对颗粒破碎的强度特征、变形特征和破坏特征进行分析,认为钙质砂地基在受载过程中主要经历初始承压阶段、大颗粒破碎及小颗粒压实三个阶段。钙质砂受荷破碎的过程中,颗粒内部大孔径孔隙的坍塌是颗粒破碎的主要因素,也是导致工程上钙质砂地基承载性能失稳的主要原因,据此对不同孔径进行了危害性定义,大于0.05mm的孔定义为有害孔,0.01-0.05mm的孔隙在加载初期有一定程度的损失但后期基本保持稳定,定义为少害孔,而0.01mm以下的孔径数量占比上升,说明其本身在颗粒破碎中的损失量较小,并且大孔径坍塌为小孔径后最终承载力得到增强及稳定,因此定义小于0.01mm的孔为无害孔。2)钙质砂地基中单桩膨胀荷载传递机理及承载性能研究通过研究掺入HCSA膨胀剂的膨胀桩及周边钙质砂的膨胀压力传递规律以及CT值变化规律,研究表明15%的膨胀剂掺量为膨胀桩最佳掺量,并利用PFC3D模拟计算了不同密实度、桩径、桩长等因素下的单桩承载力,提出了一套考虑颗粒破碎弱化效应的粗粒钙质砂地基中膨胀单桩的承载力计算方法并建立了相应的理论体系,该承载力计算方法采用经验参数法,根据钙质砂的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向承载力,适用于中密及密实（相对密实度dr＞33%）的钙质砂桩基设计,可为实际工程设计提供一定程度的参考。3)钙质砂地基中群桩膨胀荷载传递机理及承载性能研究通过钙质砂地基中膨胀群桩试验及数值模拟研究,对不同桩间距及不同钙质砂粒径大小的群桩膨胀时地基各处的膨胀应力、荷载传递过程及承受静、动载的情况进行分析研究,发现颗粒破碎程度随桩间距的增大而降低,钙质砂地基中桩距越小,应力叠加越严重,群桩效应系数越小,群桩效应越严重,导致承载力变小,桩距越大,群桩中基桩的工作形状越接近于单桩。无论何种桩距,桩体承载占比始终高于承台,且初期承担荷载的上升速度高于承台,在初期加载阶段,桩体优先发挥承载作用,随荷载的增加,桩体达到承载极限,其后的荷载改为承台优先承担,最终承台亦达到极限承载力,整体群桩基础达到极限承载状态。不同地震烈度的地震荷载作用下群桩承载力存在不同程度的下降,但均小于25%,故建议工程中钙质砂地基中桩基在地震作用效应下的承载力按静载承载力提升30%进行设计。