基于对混凝土劲芯桩、楔形桩的分析与总结,课题组提出了一种软土地基加固新技术——楔形劲芯水泥土复合桩。本文采用室内土工试验、大尺寸模型试验与数值模拟相结合的方法,较为系统的研究楔形劲芯水泥土复合桩成桩特性,分析水泥土表面位移、内芯和水泥土外桩桩身应变以及压桩贯入力等的变化规律,主要研究工作与成果包括:1、进行室内抗压强度试验,研究夯实水泥土无侧限抗压强度的发展规律。结果表明:夯实水泥土强度随着龄期、掺入比的增加而增加,并通过回归分析得出三者间的数量关系;夯实水泥土轴向应力随应变先增大后减小,轴向峰值应力随掺入比、龄期的增加而增加;同时,掺入比、龄期影响和改变水泥土的破坏方式。当水泥用量偏低时,早期水泥土强度较低,发生塑性破坏,随着掺入比、养护龄期的增加,破坏方式慢慢转变成脆性破坏。2、基于相似理论,设计模型试验,研究楔形劲芯水泥土复合桩成桩特性。研究表明:1)贯入力受桩型、楔角和置换率等因素的影响。其他条件相同时,贯入力随水泥土含水率的增大而减小,随内芯置换率、楔角和平均直径的增大而增大,同等条件下压入楔形内芯所需的贯入力比等截面内芯的较大;2)等截面内芯压入时,水泥土桩表面会出现“隆起”,内芯直径与置换率越大,“隆起”现象越明显,且最大地表隆起量出现在1d~2d范围内,约为桩径的1%~1.5%;楔形内芯压入时,水泥土桩表位移不断增加,且增加的幅度随楔角、置换率和水泥土含水率的增加而增大;3)水泥土桩桩底压力、内芯桩端压力均随内芯竖向位移的增加而增加,与置换率、水泥土含水率和桩型有关;4)水泥土桩身应变随深度的增加而先增大后减小,在某一桩深处出现峰值,且峰值应变不断增加;对于等截面内芯,出现峰值应变的深度随内芯的沉入而不断下移,且始终在距离内芯桩端约10cm以内范围;对比楔形和等截面内芯,相同条件下压入楔形内芯时出现的应变较大。3、基于模型试验结果,采用PFC2D软件进行数值分析,讨论置换率和内芯桩型对成桩特性的影响。分析表明:内芯压入使水泥土发生侧向变形,置换率相同时内芯直径(或平均直径)越大,侧向变形量越大,且与等截面内芯相比,楔形内芯使水泥土产生的侧向变形更大,成桩效果更显著;内芯所受阻力由桩端阻力和桩侧阻力组成,二者在成桩过程中均随内芯竖向位移的增加而增加;楔形内芯压入过程中桩侧阻力所占比例(约为80%~95%)远大于桩端阻力。