随着我国工程建设的快速发展,对桩基础承载能力和抗变形的要求越来越高,桩基工程理论与技术也因此得到了长足进步和发展。桩土共同作用是桩基工程理论与技术发展的核心问题,其本质就是如何充分利用桩与地基的承载力,使两种性质迥异的材料能够协同承担上部结构的荷载,且将结构变形和差异沉降控制在允许范围内。现有研究中带承台桩基础发挥承载性能过程中桩-土-承台之间的相互作用影响因素众多,带承台单桩基础极限承载力与其单桩及承台基础极限承载力两者之和的比较关系存在争议。为探究上述桩-土-承台协同作用下承载机制,本文通过宏细观结合的研究方式,通过宏观模型试验对单桩、带承台单桩及承台基础静载过程中的承载特性及地基变形特点进行了研究并展开相应的细观数值模拟反演工作,主要研究内容和取得的成果如下:(1)宏观模型试验方面,在砂土地基中开展单桩、带承台单桩及承台基础静载对比试验,基于粒子图像测速技术,在砂土地基静载试验中建立了相应的变形量测量系统并将其应用至单桩、带承台单桩及承台基础静载对比试验中。通过观察单桩、带承台单桩及承台基础静载过程中的承载关系以及地基土与基础之间的相互响应情况,探究了带承台单桩在桩-土-承台协同发挥作用过程中的宏观工作机理。(2)细观数值模拟方面,首先,基于室内模型实验在砂土中分别建立能够反映单桩、带承台单桩及承台基础静载全过程的二维离散元数值模型。通过地基力学性质以及室内模型试验荷载-沉降曲线变化规律对比,验证了离散元数值模拟模型的合理性。其次,基于验证后的数值分析模型,从细观的角度通过对地基土颗粒位移矢量、转动场、运动轨迹、孔隙率、接触力链分布、大主应力矢量以及接触组构等细观结构特征的动态变化情况进行对比分析,以期发现桩-土-承台协同作用下带承台桩基细观承载特性。宏细观研究结果表明:在地基变形机理方面,相对于单桩与承台基础,带承台单桩在桩-土-承台协同作用下对地基土的扰动程度更深、范围更广,有更大范围土体参与到抵抗荷载的过程中。在桩基承载特性方面,在带承台单桩桩侧一定范围土体出现成拱现象,成拱作用加强了桩侧、桩端附近土体的密实度,提高了桩侧侧摩阻力及桩端端承力,进而使得整体承载力得到提高。该宏细观研究结果可以为带承台复合桩基设计和承载力估算方法提供一定参考。