岩土工程试验中,研究结构物周围土体变形时采用的传统方法是埋设传感仪器来进行数据采集,对数据进行整理后分析土体内部变形情况。但是埋设传感仪器难度非常大,且无法测出土体连续变形的信息。后来很多学者利用数字图像处理结合透明土技术研究土体变形以及渗流场等问题。目前应用最多的第一种是以熔融石英砂为土骨架,正十二烷和15#白油的混合溶液配制透明砂土,第二种是利用无定型硅微粉配制的透明粘土。透明砂土已经有了较成熟的研究。然而针对透明粘土的研究还不够成熟和深入,应用光学技术搭配透明介质研究土体三维变形和流动规律时,有两点要求不可忽略,一是利用激光发射器发出的激光束对透明土进行切面,再利用工业相机进行图像采集,最后采用PIV软件分析处理采集的图像,所以配制出的透明土必须要保证其透明程度良好;二是配制的透明土具备的力学特性要与天然土体性质接近。目前所研究的透明粘土存在透明度不高,强度太低等诸多问题。因此为了克服这些缺点,本文选取球形硅微粉作为透明土骨架材料,15#白油与正十二烷溶液混合溶剂作为孔隙流体配制新型透明粘土,对新型透明粘土进行渗透试验,直剪试验,一维压缩试验以及三轴试验等,探究其基本力学性质,并将其与天然粘土力学性质进行比对,发现本文配制出的透明粘土渗透系数、粘聚力、摩擦角等均在粘土范围之内,三轴试验抗剪强度比天然粘土略高,此差异可以用缩放比例消除,且e-lnp曲线符合理想重塑粘土的压缩规律,固有特性与天然粘土相似。应用本文配制的透明粘土进行了异形桩沉桩挤土效应透明粘土模型试验研究,并依据矩形桩桩周土体位移场分布规律推导出了矩形桩修正扩孔理论。结果发现异形桩贯入后桩周土体的位移场分为两块区域:靠近桩身的过渡区域以及远离桩身的圆孔扩张区域,在过渡区域内,靠近桩身处位移模式呈现非圆柱形对称特征,近似呈椭圆形。随着远离桩身,挤土位移等值线形状慢慢开始过渡为圆形形成圆孔扩张模式。提出的修正扩孔理论模型与透明土模型试验结果比对,发现透明土模型试验结果比修正扩孔理论的预测值大,但基本趋势一致,此理论很好地反映出矩形桩沉桩挤土在过渡区内的径向位移沿着径向的分布规律。基于本文配制的透明粘土,后又进行了异形桩不排水条件下沉桩贯入数值模拟研究,进行桩周应力分布、桩周位移分布规律探究,并将桩周土体位移场分布数值模拟结果和模型试验进行比对。数值模拟结果表明桩周土体位移场和模型试验结果吻合程度较高,沉桩挤土效应沿径向减弱,桩周竖向应力随着土层深度的增加而增大,在桩端处达到峰值,然后随着土层深度的增加而迅速减小,并且靠近桩土接触面处竖向应力峰值绝对值最大。