单桩在施工和使用过程中易产生缩径缺陷,极大降低其承载能力,为上部结构带来安全隐患,桩-土相互作用则是对单桩承载能力研究的关键所在。系统分析含有缩径缺陷的单桩承载特性及桩周土体变形,对研究含缩径缺陷单桩的桩-土相互作用有着极其重要的意义。本文研究依托国家自然科学基金项目:青年基金,“基于贝叶斯信息融合的钻孔灌注桩桩底沉渣概率分析及沉渣对竖向承载力可靠度影响研究”(51608177);面上项目,“缩颈桩桩-土相互作用的透明土试验分析及缩径对承载力可靠度影响研究”(51978247)。利用透明土、粒子图像测速(PIV)技术和竖向加载平台等对28种不同缩径缺陷的单桩进行竖向加载试验,研究不同种类的缩径缺陷对单桩承载性能和桩周土体变形的影响。本文的具体工作和主要结论为:(1)本文透明土配比方案:采用颗粒粒径为0.5-1mm和1-2mm的熔融石英砂固体颗粒按照质量比1:2配制透明土固体颗粒,采用正十二烷和90#白油按照体积比1:9.5配制20℃下折射率为1.4590的透明土孔隙流体。试验证明,此方案在满足试验所需透明土透明度和散斑场制作的基础上,也同时满足密实砂土的土质属性。(2)使用竖向加载系统、数字图像采集系统、532nm激光器和PIV技术进行室内模型试验。对28种单桩进行竖向分级加载试验,实时记录每级荷载作用下的桩顶沉降及土体散斑场变化图片;后期根据试验数据绘制各单桩桩顶荷载-沉降曲线图;使用MatPIV计算某一荷载等级下土体散斑场相对于原始土体散斑场的变化,得到各荷载等级下桩周土体位移矢量图和等值线图。该试验方案为缩径缺陷单桩桩-土相互作用的研究寻求了一种新的研究方法。(3)基于试验所得的1种完整单桩和27种含缩径缺陷单桩的桩顶荷载-沉降曲线,综合分析了缩径长度、缩径径向尺寸和缩径位置对竖向受荷单桩桩顶荷载-沉降曲线的影响,据此研究了缩径的存在对单桩在承载初期、达到单桩竖向极限承载力时和破坏荷载作用下单桩承载能力的影响,得出以下主要结论:对比完整桩在竖向受荷下表现为摩擦桩的桩基础承载性状,缩径的存在并不会改变单桩属于摩擦桩这一承载性状;缩径径向尺寸大于完整桩径的80%时,缩径对单桩的竖向承载特性无显著影响,且随着缩径长度的减小,此影响越来越弱;缩径位置对单桩竖向承载性能的影响从大到小依次为浅部缩径缺陷、中部缩径缺陷和深部缩径缺陷。(4)基于试验所得140N、220N和260N三种荷载等级下的28种单桩的桩周土体位移矢量图和位移等值线图,综合分析了缩径长度、缩径径向尺寸和缩径位置对竖向受荷单桩桩周土体变形的影响,据此研究了缩径的存在对桩周土体在承载初期、达到单桩竖向极限承载力时和破坏荷载作用下变形的影响,得出以下主要结论:对比于完整桩由于桩周土体发生整体剪切破坏而使得单桩丧失竖向承载能力的破坏特性,缩径的存在对单桩的破坏形式无影响,28种单桩均因为桩周土体的整体破坏而丧失承载能力;缩径的存在对桩周土体存在显著影响,且随着缺陷程度的增大(缩径长度增大且径向尺寸减小),该影响越来越大;缩径位置对相同荷载等级下的桩周土体扰动的影响从大到小依次为中部缩径缺陷、浅部缩径缺陷和深部缩径缺陷。(5)综合分析28种单桩桩顶荷载-沉降曲线图和桩周土体二维变形图,得出以下结论:缩径的存在对承载力的影响随着缩径程度的增大而增大;其桩周土体的变形也随缩径程度的增大而增大;当缩径缺陷程度不大(缩径径向尺寸约为完整桩径的80%、长度为桩长的2.5%且径向尺寸大于完整桩径的40%的深部缩径)时,由于土体的存在,其承载力变化不大。