随着桩基础在实际工程中的应用越来越多，桩基础的变形问题、承载力问题以及工程造价也逐渐成为建筑领域中非常令人关注的问题。在这种背景下，众多的学者和工程技术人员对桩基础的研究与应用进行了不断地探索与创新，许多新桩型也不断涌现出来，变截面桩就是其中一种。变截面桩在减小沉降、增加桩基安全性、降低基础工程造价等方面都取得了较为显著的社会效益和经济效益，但日前关于变截面桩的理论研究成果还相对较少。本论文结合铁道部2009年重点课题—软土地区大直径变截面桩承载性状及设计方法研究(项目编号:2009G010-D)，利用自行研发的试验装置进行了半桩模型试验研究。并基于该模型试验结果并结合以往的桩基试验资料，分析了其荷载-沉降曲线（P-S曲线）、桩身轴力分布情况、桩身侧摩阻力分布情况、变截面处土体阻力及桩端土体阻力情况，并与常规等截面桩进行比较，进而研究变截面桩的竖向承载特性以及不同变径比对变截面桩竖向承载特性的影响。本文以模型试验研究为主，以有限元数值模拟分析作为辅助手段，利用大型通用有限元软件ANSYS10.0对变截面桩的承载性能进行模拟计算,将模拟结果与模型试验的结果相比较，进一步探索并总结变截面桩的承载机理。最后根据模型试验和数值分析的结果，初步提出了变截面单桩的竖向承载力及沉降变形计算公式。