目前，对于桩基设计理论的研究主要是从宏观角度探求作用机理，很少从细观角度对问题进行分析。其实宏观现象的本质需要从细观机理上去解释探讨。从细观角度探求桩基在竖向荷载作用下的工作性状，合理分析桩顶、桩侧、桩端随荷载而变化的发挥规律，将有利于深化以沉降控制的桩基设计理论的关键问题。　　 本文通过理论分析、室内细观模型试验和颗粒流数值模拟对砂土中单桩桩顶荷载-位移传递函数、桩身轴力和桩侧摩阻力沿桩长的细观分布规律以及带碎石垫层的复合地基在桩顶上刺过程中的破坏模式进行了探讨与分析，主要的研究内容如下：　　 1、结合竖向荷载作用下桩基工作性状的理论研究，运用二维颗粒流软件PFC2D开发程序，分别探究了桩径、土体孔隙率、桩长、桩体刚度等因素对砂土中单桩的工作性状的影响，并根据数据分析拟合出竖向荷载作用下单桩桩顶荷载传递函数，从细观角度分析了桩端荷载-位移曲线、桩顶荷载-桩端位移曲线的变化机理，总结出了桩身轴力的分布规律。　　 2、结合理论研究，运用二维颗粒流软件PFC2D开发了探究桩侧摩阻力分布规律的程序，通过分别控制砂土和桩体的沉降速度，模拟了正摩阻力和负摩阻力沿桩身的演化规律，发现普通单桩在竖向荷载作用下桩侧摩阻力沿桩身近似呈二次抛物线分布，砂土中负摩擦桩的中性点约在桩长的0.7～0.8倍处。最后将颗粒流模拟结果与有限元ABAQUS模拟结果进行了对比，吻合度较高。　　 3、利用室内细观模型试验，结合数字散斑相关技术对桩顶刺入碎石垫层过程中碎石颗粒的位移场变化进行了分析；并运用PFC2D开发程序探究了不同垫层厚度对垫层破坏模式的影响。最后得出，桩顶上刺过程中碎石垫层颗粒沿桩体中心轴向两边对称做扩张运动，随外部荷载的增加桩顶正上方碎石颗粒被挤密压实形成三角核心区；刺入量一定的条件下，垫层厚度越大，垫层破坏的滑移线与基底的距离越远：垫层厚度一定条件下，随着刺入量的增加，垫层的破坏将从Terzaghi破坏过度到Mandel-Salencon破坏模式。　　 结果表明，本文较好地从细观角度解释了竖向荷载作用下单桩桩身轴力、桩侧阻力沿桩身分布规律、荷载传递函数及桩顶上刺过程中碎石垫层的破坏模式。