毛乌素沙漠是我国12大沙漠之一,有着丰富的石油、天然气、煤等自然资源。随着西部大开发的深入,沙漠地区油气田开发、基础设施、工民建筑等工程建设得到长足发展,沙漠与工程建设的结合越来越紧密。在大量工程建设过程中,必须系统、全面、深入的认识毛乌素地区特殊的风积砂地基,了解风积砂地基力学特性,探讨科学有效的地基处理方法。本文以彭建兵教授所承担的长庆石油勘探局“毛乌素沙漠岩土工程及工程应用研究”科研项目为依托,对毛乌素地区最常见的风积砂层地基力学特性进行系统、深入研究。通过对所设计的不同含水量不同干密度风积砂模拟地基进行静力载荷试验,运用3D-σ有限元软件对风积砂地基进行数值分析,从地基极限承载力、地基附加应力和地基变形破坏三个方面探讨风积砂地基力学特性。并对毛乌素地区工程建设中最常用的两种地基处理方法——水坠法和水坠振密法进行研究,揭示其作用机理。通过对同一干密度不同含水量工况试验结果分析,风积砂含水量对地基承载力的影响是砂颗粒间毛细作用结果,含水量较低时地基承载力会随着含水量的增大而增大并趋于稳定,且增幅较小,当风积砂含水量小于10%,地基极限承载力会随着含水量的增大呈增大趋势,但增幅较小,当风积砂含水量大于10%,地基极限承载力趋于稳定,不再随含水量的增大而增大;通过对同一含水量不同干密度工况试验结果分析,地基极限承载力随着风积砂干密度的增大而增大,但在不同干密度范围内,地基极限承载力增幅有明显区别,当干密度ρ≤1.53g/cm~3时,地基极限承载力很小且随风积砂干密度增大增幅很小,当干密度1.62≤ρ≤1.54g/cm~3时,地基极限承载力随风积砂干密度增大而增大,增幅变大,当干密度ρ≥1.62g/cm~3时,地基极限承载力随风积砂干密度增大而大幅度增加,提高风积砂干密度是提高风积砂地基承载力的重要途径。水坠法和水坠振密法处理风积砂地基实质是水的渗透作用和饱和环境中在震动荷载作用下砂颗粒重新排列,改变颗粒接触状态(由不稳定转为稳定),使地基整体结构由松散变为密实,试验结果表明水坠振密法处理风积砂地基能有效提高地基承载力。本文对十种试验工况地基变形破坏形式进行分类分析,并根据典型工况地基标志层变化,研究风积砂地基沉降变形特征。通过对静载试验中地基附加应力观测,本文以最典型试验工况——水坠振密工况为例,从不同角度详细分析风积砂地基竖向、水平附加应力分布变化特征,风积砂地基竖向附加应力随着地基深度的增加而减小,应力衰减量减小,传递深度不随上部荷载的增加而增大;水平附加应力随上部荷载的增大而增大。对于毛乌素地区附加应力影响范围内由单一风积砂构成地基发生整体破坏时,构成地基风积砂的抗剪强度是影响地基极限承载力的主要因素。本文利用3D—σ有限元计算软件对所设计十种风积砂地基进行数值模拟,得出各试验工况竖向、水平附加应力分色图,地基竖向位移分色图。研究表明地基竖向、水平附加应力最大值与地基极限承载力呈良好的线性关系。风积砂含水量、干密度不影响地基竖向附加应力的扩散深度,且竖向附加应力的扩散深度不随上部荷载的增大而增大。水平附加应力影响范围较浅,基础下风积砂侧向变形主要发生于浅层,基础边缘下风积砂容易发生剪切滑动而首先出现塑性变形区。通过对风积砂地基附加应力实测结果与数值计算结果对比分析,中心附加应力实测值、计算值与上部荷载有良好的线性关系,中心附加应力实测值是计算值的2.2～3.6倍。研究表明风积砂地基变形模量不是常数,不同密实度情况其变形模量会有很大差异,密实度越大变形模量越大,静载荷试验中风积砂变形模量随风积砂密实度、含水量的变化而改变。静载荷试验地基变形模量与地基数值模拟计算采用的变形模量存在较大差异是导致附加应力实测值与计算值差异的主要原因。通过本次对风积砂地基的研究,更加全面了解风积砂地基力学特性,为毛乌素沙漠地区工程建设在涉及风积砂地基设计处理方面提供理论参考。