垫层是复合地基工作的核心,垫层的变形协调与传力特性是复合地基研究的关键问题。为了探究复合地基垫层工作性能的影响,课题组利用自主开发的多沉陷门模型试验装置,将钢棒相似土(analogical soil)作为垫层填料的试验材料,进行二维模型试验,并安排了9组复合地基垫层相对填料高度h/(s-a)和相对桩间净距(s-a)/a的双因素试验。通过与砂填料试验结果对比,验证了试验的合理性。试验对复合地基垫层颗粒的位移形态变化进行探究,采用载荷计对上部基础底板接触力进行精确测量,并对桩土应力比与荷载分担比进行分析。通过离散单元法(DEM)对模型试验进行数值模拟,并进行复合地基加筋垫层试验,分析加筋垫层的设置对其变形协调能力的影响。通过对各试验结果的分析,获得如下结论:(1)采用粒子图像测试技术(PIV)对复合地基垫层颗粒进行全场位移监测,对复合地基垫层的位移形态进行总结,根据相对填料高度h/(s-a)将颗粒位移形态分为三种模式,即h/(s-a)=1/3时为整体下沉形态,h/(s-a)=2/3时为三角形下沉形态,h/(s-a)=1时为等沉形态。(2)当上部基础底板受力不均匀,会对底板造成冲切破坏,为了防止冲切破坏对基础底板的损伤,需对上部基础底板进行受力监测。对基础底板接触力进行二次函数拟合,得到二次函数拟合参数A,发现当相对桩间净距(s-a)/a越大,基础底板接触力分布越均匀,拟合参数A数值越小,故可将拟合参数A作为垫层变形协调能力评价指标。(3)荷载分担比与桩土应力比反映了复合地基垫层的传力特性,探究了h/(sa)与(s-a)/a的变化对复合地基垫层工作特性的影响,为复合地基填料高度和桩间净距的参数选取提供参考。(4)运用DEM对模型试验进行数值模拟与模型试验对比,得到的结果吻合良好,验证了数值模拟试验过程以及细观力学参数取值的合理性,通过对颗粒转角分布云图以及力链网络图的分析,确定了滑移面形态与传力结构之间的关系。(5)采用验证得到的细观参数设置了17组复合地基加筋垫层数值模拟试验,以探究加筋体对垫层的影响,其中试验8、9设置了土工格栅铺设在100mm以及150mm的条件,以更全面的探究土工格栅铺设位置对垫层变形协调能力的影响,并与模型试验进行对比。可知当土工格栅铺设位置越高,数值模拟结果越接近于模型试验,当土工格栅铺设在50mm~100mm之间,可以确保桩与桩间土均可发挥其相应的承载力,并保证垫层的变形协调能力。复合地基模型试验采用小尺寸模型试验箱进行,不可避免受限于模型边界条件影响,并且此试验仅进行了加筋垫层数值模拟试验,因此其使用情况与实际存在差异。为了进一步探索,需要实施三维复合地基垫层试验进行深入研究。