自从上世纪90年代以来,随着城市建设的发展,或为了使用方便,或因为地皮昂贵,或为了符合建设管理规定及人防要求,我国的工程建设不得不向地下和地上发展。接着高层建筑和市政工程的大量涌现,必然需要大量的基坑产生。在我国中、小城市,特别是大城市、沿海城市尤其是特区,随着建筑趋向高层化,地下的发展需求量越来越大,基坑逐渐向大深度方向发展。对于工程地质条件十分复杂,基坑的开挖会产生较大的位移和沉降,对周围建筑物、市政和地下管造成影响,特别是降雨、震动等外界因素的影响对基坑的稳定性很不利。对于基坑维护的方法很多,然而由于土钉支护经济,结构简单可靠且工期较短等优点,使得土钉支护在基坑围护、边坡支护、隧道围岩支护中迅速得到推广和应用。依托湖南省教育厅科学研究基金资助项目(03C579)的课题研究,本文开展了降雨条件下膨胀土与土钉支护结构相互作用研究工作。通过室内试验、模型试验、有限元分析相结合的方法进行了研究,主要取得如下几个方面的结论和创新成果：(1)基于非饱和三轴试验系统,对不同含水量情况下南宁非饱和膨胀土的强度特性进行研究。研究表明：在定围压下,低含水量时的应力应变曲线呈微应变软化型,高含水量时的应力应变曲线呈应变硬化型；在低含水量的情况下高围压下的曲线呈应变硬化型,而低围压下剪切的试样其应力—应变曲线随着轴向应变的增加呈现出微弱的软化趋势。土体的抗剪强度对含水量的变化敏感性较大。随着含水量的增大,膨胀土的摩擦角线性减小；其粘聚力随含水量的增加先是增大,在最优含水量粘聚力达到最大值,随后随着含水量的继续增加,粘聚力逐渐减小。(2)通过改进的室内直剪试验,分别对南宁膨胀土和株洲红色粘土与混凝土块接触面进行直剪试验。试验研究表明：两者都可以用Mohr—Coulomb准则来描述接触面的强度,接触面的强度指标随干密度和直压力的增加而增大,随含水量的增加而降低。不同的是膨胀土接触面的剪切曲线呈加工软化型,而红色粘土接触面的剪切曲线呈加工硬化型。(3)通过建立室内模型实验,研究了土钉支护膨胀土边坡中不同含水量情况下的土钉受力特性、面板水平位移以及面板土压力变化规律。试验研究表明：土钉支护面板位移沿高度方向上呈中间大,两头小的抛物线形；由于膨胀土的吸水膨胀特性,坡顶向上隆起；对面板水平位移与含水量的回归分析,得知其与含水量的对数线性相关；土钉的存在,改变了边坡的应力分布,面板土压力的大小是基本是Rankine经验公式计算值的0.6倍。(4)基于大型有限元计算软件ADINA对试验模型进行数值仿真模拟分析,由计算结果与实测结果分析得到以下结论：模拟计算得到的土钉轴力、边坡位移与试验实测数据相吻合,说明本文的有限元模型是正确的,所以运用有限元软件来模拟计算实际工程,具有较高的应用价值。