软土地区路堤填筑施工必须保证路堤整体稳定,为了确保其整体安全稳定,需要对路堤下地基土进行加固处理。水泥土搅拌桩复合地基是软基加固处理的常用方法,实际工程中,经常出现搅拌桩复合地基失稳滑坡事故,主要有两方面原因：一是常规水泥土搅拌桩桩体质量不均匀、桩土难以协同作用等问题：二是搅拌桩复合地基失稳模式的不明晰与计算方法的不合理。针对常规水泥土搅拌桩在处理软土地基中常出现的问题,东南大学岩土工程研究所将变截面水泥土搅拌桩的结构形式和双向水泥土搅拌桩的施工工艺相结合,形成了变截面水泥土双向搅拌桩技术,大量工程实践证明该新型技术可以有效改善桩身质量、提高复合地基性能。对于变截面搅拌桩复合地基应进行承载力、沉降和稳定验算。但是目前在该类复合地基的稳定性计算时,仍普遍采用的极限平衡法(即假设桩体发生剪切破坏),未能完全反映复合地基稳定破坏的特征。本文基于室内试验、现场试验、理论推导和数值分析相结合的方法,对变截面搅拌桩复合地基的稳定分析方法进行了系统的研究,主要研究内容和成果如下：1、通过无侧限抗压强度试验、抗拉强度试验、三轴试验研究了水泥土力学特性。阐明了水泥掺量、龄期及初始含水量对强度的影响规律,给出了强度随龄期变化的经验公式,得到了连云港地区海相软土的水泥土抗拉强度与无侧限抗压强度的关系。通过水泥土桩及加筋水泥土桩的水平载荷试验,研究了其变形与破坏模式。试验结果表明,桩身水平位移突变引起桩身破坏,进而导致复合地基失稳,水泥土桩破坏模式主要包含了剪切和弯曲两种。单排搭接桩及筒形土工格栅布置方式可显著降低剪切破坏模式下桩身破坏的水平位移,但水平承载力无明显提高；玻璃纤维土工格栅不同程度地提高弯曲破坏模式下单排搭接桩的水平承载力。2、基于搅拌桩复合地基失稳时桩身潜在的破坏形式,提出了拉剪协调强度折减分析法。分析结果表明,远离路堤中轴线的水泥土桩主要发生横向弯曲变形,发生弯曲张拉破坏,路堤中轴线附近的水泥土桩主要发生竖向压缩变形,发生剪切破坏；只对抗剪强度参数进行折减的方法只能得到剪切屈服区域,同时考虑剪切与张拉破坏则可得到不同区域合理的破坏模式。3、采用正交设计和多元统计分析方法,对影响等截面搅拌桩复合地基稳定性的关键因素进行了研究。对于安全系数,桩径和桩间距是最重要的影响因素,桩身长度和桩身强度的影响程度居中,外荷载的影响最小；对于滑动面深度,桩身强度是最大的影响因素,外荷载次之,桩身长度与桩间距的影响最小。基于外荷载、桩间距、桩径、桩身长度和桩身强度五个影响因素,采用相应的数据统计方法得出了预测等截面搅拌桩复合地基安全系数与滑动面深度的实用计算方法。4、阐明了路堤荷载作用下钉形搅拌桩设计参数(包括桩间距、扩大头高度、扩大头直径、桩身强度等)对复合地基稳定性影响规律；分析了复合地基塑性区发展过程、安全系数、特征点水平位移的变化规律。明确了钉形桩复合地基失稳过程以及滑动面与扩大头的关系：路肩以外的桩体在变截面处和下部等截面处首先出现桩身弯拉破坏；路堤中心下的桩体由于以承受竖向压应力为主,桩身水平位移和弯矩均较小：坡脚处的某一根桩发生弯曲破坏后会引起相邻的桩体发生弯曲破坏,进而诱发坡肩处的桩身弯曲或剪切破坏,最后坡肩内侧滑动面以内的桩发生剪切破坏,滑动面在坡肩以内穿过钉形桩上部扩大头,形成完整的滑裂面。5、中形搅拌桩复合地基的失稳过程中,坡肩至坡脚位置的桩和坡肩内侧桩分别发生弯曲破坏和剪切破坏,坡肩外侧的滑动面穿过中形搅拌桩的上部变截面处。等效塑性应变的发展和位移增量的发展均可以反映复合地基失稳的过程：位移突变可与塑性区贯通同时发生,也有可能先于塑性区贯通发生；随着桩径比的增大,安全系数逐渐增大,水平位移逐渐减小。6、提出了基于潜在破坏区的弯曲破坏模式的实用安全系数计算方法,该方法考虑了条块之间的相互作用力、主动承载区搅拌桩对侧向土压力的影响、扩大头部分对抗倾倒弯矩和抗折断弯矩的影响,以及不同位置处搅拌桩的破坏深度的差异等。以连云港某段软土路基为工程背景,采用圆弧条分法、基于拉剪破坏模式的协调强度折减法以及基于弯曲破坏模式的极限平衡实用分析方法,分别对等截面搅拌桩和变截面搅拌桩两种加固设计方案进行了稳定性对比分析,验证了变截面搅拌桩设计和稳定控制的合理性及优越性。