在近海风电、超高层建筑以及跨海大桥大力兴建的今天,侧向受荷桩在工程实际中的应用需求日益增长,其在各种不良地质中的设计与施工更是变为了一道工程难题。本文基于可视化模型试验装置,以侧向受荷刚性桩与级配不良的涉水砂层作为研究对象,改变砂层中的地下水埋深条件,采用分级加载和循环加载两种方式进行了不同地下水埋深条件下的侧向受荷桩室内模型试验。通过分析试验过程中的桩身应变与桩顶位移等数据,获得桩身各深度处的p-y曲线、桩体侧向循环刚度等参数,以从桩土力学响应的角度研究不同地下水埋深条件对侧向受荷桩土相互作用的影响机理。再结合粒子图像测速技术,对试验过程中的图像进行处理,以从桩周土位移场的角度研究各地下水埋深条件影响侧向受荷桩土相互作用的具体宏观表征。最后利用有限元数值模拟软件对原位应力场下相应的侧向受荷桩工况进行数值模拟,以检验模型试验结果。研究结果显示:各地下水埋深条件下桩周土对桩体侧向位移的限制能力由弱至强排列依次为饱水砂、干砂、地下水埋深140mm、90mm、40mm试验,经分析其主要原因是因为在地下水埋深于土表面以下时,土中发生了毛细作用,使得毛细水带处土颗粒间存在一定的假粘聚力,随地下水埋深变浅,毛细水带上移,上部土层p-y曲线的斜率明显增大,其对桩体侧向位移的限制能力也显著提高;分析桩周土位移场的变化规律可以发现,当毛细水带位于上部土层时,可观察到相应土颗粒随桩体位移的运动明显受到土颗粒间假粘聚力的限制,而当其位于下部土层时,则起着切断桩侧土颗粒竖向运动路径的作用;此外,毛细水带在给桩周土颗粒带来一定力学性状增强效果的同时,也增加了形成地下空洞地质灾害的风险。而当桩体受侧向循环荷载时,地下水埋深条件的变化会对桩体每步往复运动的可预测精度造成影响;各试验桩体侧向循环刚度在试验过程中的变化趋势也与地下水埋深条件和循环荷载峰值均有关系;桩体作往复运动时,其潜在的地质灾害风险要远高于桩体作单向运动时,且桩基础的安全系数亦将随地下水埋深变浅而指数级降低。