排桩支护体系是支挡体间次断开、相邻桩之间存在一定间隙的支挡方案。相比于连续墙等连续支挡结构,排桩支护体系因其具有造价低、施工工艺便捷等特点,对于具有一定高度的颗粒堆积体且水文因素影响较小的工程,排桩支护体系应用广泛,比如:物料堆积储存、高填方路堤边坡支护、基坑开挖等。对于水平拱效应排桩支护体系的研究,相比于连续支挡结构,排桩支护体系具有明显的结构差异,桩-土相互作用更为复杂。如何正确的模拟土的性态并有效的考虑土体对桩的反应的影响是解决桩-土相互作用中最重要的问题。此外,拱效应的存在使得排桩支挡体的局部单桩稳定性至关重要,甚至对排桩整体稳定性具有决定性作用。近几十年来国内外学者对水平荷载下桩后土体的力学性质进行了广泛研究,然而由于桩基础及其周围土体构成了一个性能极其复杂的相互作用系统,忽略了土颗粒体系的离散性,不能很好地回答桩后土体的应力应变场发展规律,不能真实地认识排桩与土体相互作用过程中水平拱的几何特征和形成机制等。本文基于光弹实验法以及PFC离散元模拟,对单桩-土相互作用进行模拟,从颗粒物质角度对土体的应力场、位移场发展规律进行可视化研究,分析桩与土体相互作用过程中荷载的传递机制,分析桩周土压力沿桩周及桩长方向的分布;进而从几何结构、接触角及力链、应力场以及位移场角度,探究不同深度、桩间距以及桩型下桩后颗粒体系形成的水平颗粒拱的变化规律,对排桩后土体进行合理的分区,分析水平土拱效应在排桩中的影响。得到如下结论:（1）自行研制大型光弹试验设备,基于Matlab程序给出处理光弹实验图片的程序用以获得力链接触、应力场和位移场,探究适用于聚碳酸酯材料的退火处理方式并得到退火曲线。（2）关于力链及力链网格特性主要有以下特点:力链网格是由强力链与弱力链共同组成,强力链承担大部分外荷载。颗粒受力局部化效应明显。强力链、弱力链之间可以相互转化,弱力链对强力链的稳定及发展起到重要的辅助作用。力链方向与外荷载基本一致,力链只能承受很小的切向力。颗粒体系内部存在应力屏蔽效应,应力屏蔽圈主要有准圆形和圆形两种形式,相比于单一方向的力链仅能沿着力链方向承受压力,闭合应力圈还可以承受一定程度的剪应力。（3）通过光弹实验模拟单桩-土相互作用:桩-土相互作用中,桩周土压力的分布形式与桩型有关。不同土层深度下,圆桩-土有效接触扩散角是不同的,在一定范围内,随着土层深度的增加而增大。桩-土接触荷载分布呈现轴对称,应力由桩心沿着环向向两端减少,并且由桩心沿径向也是减少的,其峰值位于圆桩的最前沿,其大小随土层深度的增加而增加。方桩-土相互作用过程中,桩前应力分布也是呈现轴对称,应力沿桩-土接触面均匀分布,方桩-土接触荷载的峰值随土层深度的增加而增加。（4）通过光弹实验和PFC离散元模拟水平拱效应排桩支护体系均表明:桩后土体沿桩径方向可以分为不受荷区、成拱区和挤压区,成拱区影响范围在1.5倍桩径。不同土层深度作用下桩后土体成拱区沿桩长方向可分为未形成段、形成段、稳定发展段和破坏段。不同土层深度作用下成拱区接触角分布具有明显的轴对称性,与水平拱的几何外型是一致的。桩后土体不均匀位移是导致水平拱效应的原因,进一步的:桩间土体的位移量远大于桩前土体的位移量是导致应力重分布形成水平拱的直接原因,桩前土体位移方向发生偏转是导致应力重分布形成水平拱的重要原因。桩间形成的水平拱的土颗粒接触应力大小并不是均匀的,接触应力大小与组成水平拱的土体接触有关。随着桩间距的增大,成拱区的整体几何外形是由三角拱过渡到圆弧拱,再到梯形拱。发生位移方向偏转的桩后土体对桩间土体沿桩间距发生位移的阻碍效果明显与否,是导致水平拱整体几何外形表现不同的原因。排桩支护结构中存在最优桩间距,当桩间距S取值为0.4倍桩径时,可以充分利用排桩结构的拱效应。不同的桩型,由土体不均匀位移而产生的水平拱的外型也是不一样的,圆形桩更有利于产生水平拱效应。