大直径扩底灌注桩具有承载力高、沉降小、稳定性好等优点,被广泛应用于大跨度桥梁、高耸结构中。迄今为止,大直径扩底灌注已在我国发展三十多年,在机械成孔和沉降计算方面均取得长足的进步,对于横向荷载作用下的动静力响应特性研究也在蓬勃发展;但由于扩大端的存在,其设计中机械成孔的扩孔压力大小,竖向荷载作用下的沉降计算及地震荷载作用下的抗震特性与等直径桩相比,存在较大差异。因此,本文对大直径扩底桩的球孔扩孔压力计算、竖向荷载作用下的沉降计算以及地震荷载作用下的动力响应分析等方面进行研究,以期完善大直径扩底灌注桩的设计计算理论。主要内容包括:(1)扩底桩扩孔压力的理论研究。基于空间准滑动面(SMP)准则,考虑塑性区弹性变形,从能量耗散的角度分析球孔扩张的全过程,利用应力不变量推导符合球孔扩张的屈服准则,分别导出弹塑性区应力、位移、应变表达式;利用体积守恒和能量守恒推导出扩孔压力的表达式,并给出扩孔压力P、塑性区半径R与扩孔半径a的关系。算例分析可知,本文方法计算的扩孔压力与现场试验得出的结果较好的吻合,塑性区半径和扩孔压力均随扩孔半径的增加而增大,但增幅逐渐减小而趋于稳定值,剪胀角对塑性区半径和扩孔压力影响显著,随着剪胀角的增加,塑性区半径和扩孔压力明显增加。(2)扩底桩的沉降计算方法。考虑压缩模量的深度效应,对已有的大直径扩底灌注桩沉降计算公式进行修正。取土体微单元进行受力分析,并引入深度对压缩模量的影响,建立室内压缩模量与变形模量的关系,代入扩底桩沉降计算公式,得出扩底桩沉降计算修正公式。分别采用修正前和修正后的计算公式对某工程实例进行沉降计算。结果表明,修正后的计算结果与实测数据吻合更好。同时,数值计算结果也表明,与压缩模量Es修正前的计算沉降相比,压缩模量Es修正后的计算沉降与实测沉降更加吻合。(3)扩底桩在地震荷载作用下的动力响应分析。桩周土采用Drucker-Prager弹塑性模型,以考虑土体的非线性;桩与桩周土之间设置接触以考虑桩—土接触非线性;通过借助ABAQUS有限元软件,分别建立地震荷载作用下扩底桩—土—结构和普通桩—土—结构相互作用体系的三维有限元动力模型。对两种桩基进行时域内的数值模拟研究,分析两种不同桩基的抗震性能差异,并探讨桩土模量比、阻尼比、软夹层、上部质量等因素对桩基相互作用问题的影响。