本文以国家自然科学基金项目“刚性基础下组合桩复合地基沉降特性及预测方法研究”（项目号:51178185）为依托,在总结分析长短桩复合地基理论研究和模型试验研究成果的基础上,进行了复合地基室内模型试验研究。通过改进模型试验方法,研发制作试验设备、优化试验手段,调整试验步骤,建立了较完备的长短桩复合地基模型试验系统。从长短桩复合地基承载力和沉降规律研究角度,开展了天然土地基、改变桩长、桩径和桩距的10组长短桩复合地基模型试验。同时,为了增加数据分析样本,在保持室内模型试验基本参数不变的条件下,采用FLAC.3D软件进行了4组长短桩复合地基数值模拟分析,与模型试验数据一起进行比对和分析。研究主要内容及成果如下:1、研发了一套较为完备的长短桩复合地基室内模型试验系统。通过制作模型试验箱,集成加载系统和数据采集系统,发明沉降观测系统,实现了外部载荷数据、桩土应力应变数据、地基沉降数据全时程同步采集,具备了精准控制分级加载、自动记录桩土应力应变数据,精确测量地基土不同深度的沉降数据的功能,有效提高试验效率和数据可靠性。2、力求模型试验更好反映实际工程的作用性状,在设计试验时,试验地基土选取天然土,试验桩使用预制小比例砼桩。为了体现群桩工作效应,增加长短桩数量,采用“五长四短”的九桩布桩方式。通过改变长桩长度、桩径、桩距参数,在模型试验箱内开展复合地基模型试验。记录整理了每组试验每级荷载下桩顶、长短桩复合加固区中部、长短桩交界面、单桩加固区中部、桩底和下卧层位置处的桩土应力数据和沉降数据。3、通过对长短桩复合地基模型试验承载力数据分析得出,在桩土物理特征相同,保持短桩长度不变的情况下,长桩长度增加、桩距减小,在桩土置换率固定的前提下,桩径减小,地基承载力的提高,桩土置换率对承载力影响胜于桩长对承载力的影响。4、长短桩复合地基桩身应力随上部荷载的增加而增加,在长短桩复合加固区中部桩身应力增加幅度最大,应力值也最大,应力分布曲线呈中间大,桩顶较小,桩底最小的特征;桩间土应力随上部荷载的增加而增加,呈现桩顶大,桩底小的特征。作为桩土相互作用的重要参数,中心长桩和短桩桩土应力比随荷载的增加不断增加,荷载后期,达到峰值后降低。不同参数条件下,桩土应力比在桩的不同部位处表现出了复合加固区中部最大,桩顶次之,桩底最小的特征。探讨了桩的承载力发挥系数取值范围。5、通过对模型试验桩底下卧层土的应力数据分析发现,桩底下卧层土的应力衰减较快,距长桩底600mm以下土的应力几乎为0,中心长桩下土的应力衰减相比边桩下的衰减较慢,如果把应力边际线连起来,中间应力大,四周应力小,类似于“锅底”形状。6、应用FLAC.3D有限差分软件模拟了不同工况条件下的桩土应力变化规律,在复合地基特征承载力范围内,应力变化规律总体上与室内试验规律相似。7、保持桩、土模量不变,布桩方式不变,改变长桩长度、桩径、桩距条件下,分析了室内模型复合地基的内部沉降规律。研究表明,长桩越长,沉降越小;固定置换率,桩径增加,沉降值增大;桩距越大,沉降越大。通过试验观测沉降值与计算值对比分析得出,桩土置换率是控制地基沉降的决定因素,改变长桩长度能够有效调整地基的沉降量。计算分析了造成直接复合模量法计算沉降值偏小的原因,主要是未考虑桩端刺入对复合地基E_sp的影响,通过进一步分析研究,提出了砼刚性桩的模量调整系数,对砼刚性桩复合模量计算公式进行了调整。