管桩所赋存的近地表土层往往处于非饱和状态,为固、液、气三相多孔介质材料。由于管桩中空截面的特点,除桩周土体外,还需考虑桩与土塞的共同作用,其受力机理更加复杂。管桩作为新型桩且出于问题的复杂性,以往桩基动力学领域大多针对单相或饱和两相介质中实心桩的动力响应问题。本文在非饱和土力学及土动力学最新研究成果的基础上,首先通过更精准的微观力学物理模型对低饱和土的水力特性进行研究,而后基于三相多孔介质波动方程,研究了SH波入射时非饱和土中管桩的水平动力响应,最后就非饱和土与管桩的相互耦合作用开展了小型振动台模型试验研究。主要研究内容包括以下几个方面:(1)将非饱和土颗粒近似为椭球体,基于Young-Laplace方程建立了两不等大小的椭球颗粒间液桥计算模型,分别用环形假定解法和YoungLaplace方程数值法进行计算,分析了接触角、粗糙度、两颗粒大小比例以及颗粒扁平程度对毛细作用力以及液桥体积的影响,对环形假定法进行了误差评估,描绘并对比了两种计算方法得出的液桥形状。另外,基于相等椭球体颗粒构成的接触球模型,计算了不同接触角与粗糙度下低饱和土的土水特征曲线。(2)针对SH波入射引起的管桩水平振动问题,基于Novak三维连续介质模型,首先求得了SH波作用下自由场土体位移级数解;随后充分考虑非饱和土中各相材料间的惯性和粘性耦合效应以及毛细压力作用,通过Helmholtz矢量分解及分离变量法对三相多孔介质波动方程进行解耦,得到桩土相互作用下桩周土和桩芯土的水平位移及水平动力阻抗;接着基于Euler梁模型,考虑管桩-非饱和土的连续性条件和桩顶与桩端边界条件,建立了SH波下非饱和土中单桩的动力平衡方程,求得了桩顶水平动力放大因子和水平动力阻抗的频域解答,分析了桩土体系共振效应,并考察了桩身位移、弯矩和剪力沿深度的分布规律。(3)在考虑桩–土相互作用的条件下,通过小型振动台模型试验研究了PHC管桩在非饱和土条件下的抗震性能。试验采用层状剪切土箱,通过设置不同桩周土挤密范围、土塞高度、场地土分层以及桩端支承条件等因素,并对每组模型施加不同激振频率和强度,分析了管桩桩身弯矩、剪力以及位移沿桩身的分布情况,探讨了简谐波作用下非饱和土中管桩的振动响应规律以及震动参数的影响。