近年来,湿陷性黄土地区基础设施建设大规模展开,建设场地由低阶地向高阶地发展,由于对黄土特殊的工程性质认识不够深入全面,造成大量的工程失效和工程事故,同时,不少工程又因过于保守,夸大了黄土湿陷性的影响,造成工程建设投资浪费,存在理论与实际之间的矛盾。因此,需结合黄土工程与黄土力学,对黄土湿陷性、深基础负摩阻力等本质问题进行深入研究,揭示黄土工程问题发生的内在机理,为科学合理的工程设计和建设提供理论依据。天然黄土由于具有较强的结构性,在取样过程中不可避免的应力释放,运输及制样过程的扰动,黄土已非“原状”。同时,天然黄土在其湿陷性、干密度、含水量、抗剪强度等方面由于地理和空间位置的不同,试验结果离散性较大,很难直接进行对比分析。在黄土与基础结构相互作用的模型试验中,往往采用重塑黄土填筑模型,破坏了天然黄土的结构性。为此,本论文进行人工湿陷性黄土制备技术与方法研究,获得可模拟不同湿陷程度的人工湿陷性黄土最佳配合比与控制标准,使试验结果具有重复性和可控性。针对湿陷性黄土地区常采用的桩基础和具有广阔应用前景的地下连续墙基础,采用人工制备湿陷性黄土作为地基土填筑材料,进行地下连续墙和桩基室内浸水模型试验研究,分析湿陷性黄土地基中深基础的荷载传递机理与负摩阻力分布特征,验证人工湿陷性黄土制备技术与方法的合理性和可推广性,提出并改进考虑负摩阻力的深基础竖向承载力计算方法。主要研究内容和创新如下:(1)选取砂、石英粉、膨润土、石膏、工业盐作为基本材料,采用空中自由下落法,进行人工湿陷性黄土制备,将人工制备湿陷性黄土的物理力学性质指标及微观结构与天然黄土进行对比分析,提出一套人工湿陷性黄土制备技术与方法。并选取黏土矿物含量、压实度、初始含水率和浸水压力等湿陷影响因素,进行正交试验和单因素分析试验,探讨各因素对湿陷性的影响程度与规律。研究表明,空中自由下落方法应用于人工湿陷性黄土的制备,能够模拟风成黄土的沉积过程和形成条件,所制备的试样具有与天然湿陷性黄土类似的大孔隙性和多孔性,其物理力学性质指标与天然黄土基本一致,浸水后产生较大的湿陷变形,可用于湿陷性黄土与构筑物相互作用模型试验相似材料。(2)对人工制备湿陷性黄土进行扫描电子显微镜测试,定性分析初始含水率、压实度和固结压力对土体微观结构的影响。通过提取各向异性、等效直径、扁圆度、充填比和面积比等微观结构参数,建立微观结构参数与宏观力学参数黏聚力、内摩擦角和湿陷系数之间的相关关系,从微观结构角度,探讨黄土湿陷的影响因素与机理。研究表明,面积比、各向异性与抗剪强度指标相关性最显著;面积比、等效直径和各向异性与黏聚力、内摩擦角呈正相关,扁圆度和充填比与黏聚力、内摩擦角呈负相关。湿陷系数与微观结构参数的关系与抗剪强度相反,等效直径和充填比对湿陷系数影响较为显著。(3)采用人工制备湿陷性黄土作为地基,开展地下连续墙基础极限承载特性与浸水条件下承载特性模型试验,并结合数值模拟结果,分析地下连续墙墙身轴力、墙身侧阻力、荷载分担比、中性点深度、负摩阻力分布等变化规律。研究表明,地下连续墙竖向承载力由外墙侧摩阻力、内墙侧摩阻力、墙端阻力和芯土反力组成,四者呈异步发挥状态,地下连续墙为端承摩擦型基础。浸水湿陷后,中性点深度比在0.64~0.73之间,与桩基中性点实测结果较为接近。内墙侧摩阻力与芯土反力能够有效减小地下连续墙基础的附加沉降。(4)开展超长单桩和超长群桩基础极限承载特性与浸水承载特性模型试验,分析超长单桩与群桩基础极限承载力、荷载传递机理、中性点深度和负摩阻力发展变化规律。研究表明,地基浸水后,随浸水时间的持续,湿陷量~时间关系曲线主要表现为初期平缓段、浸水陡降段、中期平缓段和停水后平缓段。负摩阻力自上而下发展,中性点深度逐渐下移,中性点位置与建筑桩基技术规范推荐值较为接近。当土层湿陷变形处于浸水陡降期时,作用于桩上的下拉荷载迅速增加,导致桩身轴力和桩端荷载增大,群桩基础沉降也逐渐增大,土层的湿陷与桩侧负摩阻力、群桩基础沉降的发生与发展呈现出同步趋势。(5)根据对现场桩基浸水试验数据、地下连续墙和群桩基础浸水模型试验结果分析,对负摩阻力的分布形式采用抛物线拟合分析,提出了因湿陷产生的下拉荷载计算方法—抛物线法。抛物线法考虑了负摩阻力沿桩身的实际分布形式,通过积分得到下拉荷载,当负摩阻力最大值出现深度取为中性点深度的0.5倍,负摩阻力最大值取为负摩阻力平均值的1.5倍,采用抛物线法计算的下拉荷载与实测结果误差在10%以内,更具合理性和可靠性,可有效降低因下拉荷载过分夸大而造成的大量工程投资浪费。