桩-土相互作用分析是桩基承载性能研究的重要部分。桩-土系统的响应会随着荷载形式的变化而变化,尤其是在地震荷载作用下,荷载的方向与大小随时间持续转变,土体主应力方向不断发生旋转,大小也会不断变化。由此可见,复杂荷载路径下桩-土系统响应非常难以捕捉。此外,本质上地震荷载先使土体产生变形,进而带动桩发生运动。因此,场地响应分析是地震荷载作用下桩土相互作用研究的前提。有限元法（FEM）目前广泛应用于大型岩土工程模型的宏观力学行为模拟,在模拟桩基物理力学行为时具有较好的应用效果,但是在土的细观机理分析上存在局限性。砂土是一种典型的颗粒材料,离散元法（DEM）对细观颗粒的扭转与接触具有较好的模拟效果,可以准确模拟砂土颗粒的力学行为,而且DEM无需考虑复杂的本构方程即可捕捉土体的应力-应变特性,但当计算大规模工程模型时,DEM耗时过大,限制了其在宏观模型中的应用。因此,本文结合了FEM与DEM的优势,提出了一种适用于复杂荷载路径下场地响应的多尺度耦合计算方法,其基本原理是通过FEM模拟宏观模型的行为,用DEM作为代表体积单元（RVE）模拟FEM中单元高斯点的本构关系。根据场地响应计算结果,展开对复杂荷载路径下的桩土相互作用研究。本文的主要研究内容与结论如下:（1）在Linux系统下搭建了通用有限元软件ABAQUS与离散元软件LIGGGHTS的多尺度耦合计算平台,介绍了平台搭建的相关过程。同时,为了使耦合模型准确反映砂土的力学行为,针对LIGGGHTS离散元砂土试样的参数进行了敏感性分析。结果显示,离散元试样的计算精度与颗粒数量成正比。试样孔隙比随固结时摩擦系数、颗粒杨氏模量的增大而增大,但当摩擦系数超过0.5左右,或颗粒强度超过800 MPa～1000 MPa后,孔隙比趋于稳定。（2）利用上述多尺度耦合平台对单个高斯点的耦合计算模型进行了三轴压缩试验的模拟,并与基于DEM的三轴压缩试验模拟进行了对比。结果表明,耦合计算平台可以再现砂土的力学行为,模拟结果具有较高的准确性。（3）利用上述多尺度耦合平台进行了单向振动、双向振动下的场地响应的宏细观研究。双向振动目的在于模拟复杂的荷载路径。结果表明,该多尺度耦合计算平台可以较好地模拟剪切波作用下场地的宏观力学行为与细观组构变化,以此探讨了复杂荷载路径效应对场地响应的影响。（4）基于p-y曲线法原理与上述场地响应计算结果,在Open Sees中建立单桩-土弹簧模型,进行桩-土相互作用分析。结果显示,复杂荷载路径效应对场地响应与桩土相互作用有明显影响。结合场地响应的宏细观计算结果,复杂荷载路径效应可能会使场地沉降增加,桩顶加速度、桩身弯矩变大,动力响应增强。上述模型表明该FEM-DEM多尺度耦合计算平台基本可以较准确的捕捉复杂荷载路径下砂土的力学行为以及桩-土相互作用行为,为砂土地基的宏细观研究及桩-土相互作用分析提供了一种新的工具。