在铁路、公路、水利、建筑等土木工程建设中,有时会遇到膨胀土的问题,而膨胀土遇水膨胀、失水收缩的反复作用有可能会给修建于其上方的构筑物造成严重破坏。为了将膨胀土因遇水膨胀而引起构筑物抬升量减至最小,构筑物的基础常常采用桩基础形式。由于膨胀土本身的复杂性,使得桩-膨胀土相互作用机理与一般桩-土相互作用机理有着较大的差别。当设计或施工不当时,桩会受到膨胀土膨胀而带来的上拔力,造成桩连同桩上构筑物一起抬升,甚至产生桩被拉断等破坏现象,严重影响构筑物的安全。因此,深入开展膨胀土地基中桩-土相互作用的研究具有重要的理论价值和工程实际意义。本文在综合分析国内外有关膨胀土中桩的研究现状的基础上,采用室内试验、模拟试验、理论研究和数值分析相结合的研究方法,取得了如下主要研究成果和结论:(1)通过对湖南潭邵高速公路和广西南宁地区膨胀土进行的大量室内膨胀与收缩试验,系统地研究了膨胀土的胀缩特性,建立了膨胀力、膨胀率的回归方程,为预测和估算膨胀土地基的差异隆起或沉降提供了依据。(2)基于对膨胀土胀缩特性的研究,提出了一个计算均质膨胀土地基和层状膨胀土地基膨胀隆起的新方法。该方法不仅能计算地基中各深度的膨胀隆起终值,还可以预测隆起随时间的变化。通过与试验结果的对比,证明具有良好的可靠性和实用性。(3)在膨胀土基桩荷载传递研究中考虑了膨胀土膨胀与收缩作用,提出了考虑桩顶荷载和膨胀土的膨胀或收缩共同作用下基桩荷载传递的解析计算方法。由于引入了土体膨胀与收缩的时间效应,因此该方法可以预测出桩身轴力、变形和桩侧摩阻力随时间的变化规律。通过与三个实例的对比分析,该方法是可靠的,且具有方法简单、实用性强、计算精度高等优点。(4)通过对膨胀土与混凝土块接触面大量直剪摩擦试验资料的分析,提出了一种桩-膨胀土接触面力学分析的本构模型,它是对现有模型的一个补充。该模型涉及的5个参数可通过直剪摩擦试验获得。(5)对膨胀土地基中桩-土相互作用进行了室内模拟试验,系统地研究了膨胀土地基中基桩的竖向静载特性和膨胀土浸水膨胀对基桩的影响,为进一步对桩-膨胀土相互作用进行数值模拟分析提供了试验及理论依据。(6)基于流-固耦合力学理论,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立了渗流-变形耦合模型,并引入相关的非饱和膨胀土理论,采用FORTRAN语言编制了开放功能良好的非饱和膨胀土流-固耦合有限元程序。(7)在上述非饱和膨胀土流-固耦合有限元程序中增加了桩-土分析模块,对膨胀土地基中桩-土相互作用进行流-固耦合分析。分析中选用了古德曼(Goodman)节理单元作为桩-膨胀土界面单元,并引入了本文所建立的桩-膨胀土接触面本构模型。经与实例对比,验证了计算方法和所选用模型的可行性与正确性。(8)在前述工作的基础上,对膨胀土地基中桩-土相互作用进行了数值模拟分析,重点而系统地研究了桩长、桩径、承台、扩底以及桩-土界面特性等因素对膨胀土地基中桩-土相互作用机理的影响。