随着基础建设规模的扩大,黄土地区的建设项目日益增多,尤其是强湿陷性黄土地区的工程问题,对科学研究和工程实践都提出了一系列挑战性的课题。正确地选择相似材料是能否正确模拟工程原型的关键,强湿陷性黄土模型试验材料一直是地质力学模型试验相似材料研究的瓶颈,限制了湿陷性黄土地区模型试验的应用。本文介绍了相似理论与国内外地质力学模型相似材料研究的现状,结合黄土湿陷的机理与原因,采用不同的制样方法,通过大量的配合比试验,成功研制了强湿陷性黄土模型试验材料,该材料选用重晶石粉和砂作为无粘结性材料,工业盐、石膏和膨润土作为粘结性材料,加水均匀拌合,润湿24小时后采用空中自由下落方法制成试样,50℃恒温条件下风干试样,以模拟风成黄土的沉积方式和形成条件。通过湿陷试验,得到该相似材料具有和天然湿陷性黄土相似的湿陷特征,浸水产生强烈的湿陷；通过直剪试验,得到该材料的强度参数也与天然黄土相似,而且可调节的容重范围广,易于购置,价格便宜,是一种比较理想的强湿陷性黄土模型试验材料。在成功研制出模型试验材料的基础上,采用铝管模拟单桩,控制密实度和含水率,填入研制的模型试验材料,进行强湿陷性黄土地基单桩模型试验。通过桩侧应变片测试桩身轴力和侧阻力,在土体不同断面和桩底布置土压力盒,测试土体湿陷附加应力和桩端阻力,在土体表面和桩顶布置位移传感器,测试土体湿陷变形量和桩顶沉降,分析了强湿陷性黄土地基单桩的承载力特征、桩侧负摩阻力及沉降变形规律。利用大型有限元软件ANSYS,基于模量折减法分别建立与模型试验相应的工况,对不同湿陷厚度土层进行单桩承载特性的数值模型,研究了湿陷系数变化时对单桩的承载行为、沉降变形和负摩阻力的影响,通过对比分析室内模型试验的研究和数值分析的结果,对强湿陷性黄土地基单桩的荷载传递机理与规律、负摩阻力分布特征、地基土和单桩的沉降变形特征分别作出系统的分析和比较。本论文研究取得主要的结论：通过强湿陷性黄土模型试验相似材料的研制,得出采用空中自由下落方法能够合理的模拟天然风成湿陷性黄土的结构,具有和天然黄土相似的湿陷性、物理性能和力学性能,使湿陷性黄土模型试验材料的试验结果具有重复性和控制性,可直接控制材料的组成,因此,能很好地评价组分变化的影响,为湿陷性黄土地质力学模型试验相似材料的使用起到借鉴作用。通过湿陷性黄土地基单桩模型试验,得到在自重湿陷作用下,由于负摩阻力的作用,使桩身受到显著的轴力,进而产生一定的沉降,桩侧负摩阻力对湿陷性黄土地区单桩的承载力会产生明显的折减,虽然场地的湿陷类型、湿陷量的大小、湿陷土层厚度等因素影响负摩阻力的大小,但将负摩阻力作为下拉荷载计入桩顶附加荷载,对自重湿陷性较强场地,负摩阻力取较大值是比较保守和安全的。基于模量折减法,将重力作用作为初应力指定为一种“荷载”进行施加,能够使模型中应力与自重作用产生的应力相同,但位移场为零,即由重力引起的应力场但无位移场,然后进行参数折减,能够消除数值计算时重力的影响,较好地实现了对黄土自重湿陷变形的数值模拟,模拟出自重湿陷变形对基桩承载特性的影响。