天然地基和人工地基通常是由多个土层构成。这类非均质介质地基的极限承载力计算目前常用的是汉森加权平均法和迈耶霍夫的双层地基承载力计算公式等方法。这两种方法只能解决简单非均质介质基础的承载力问题;对于基础介质构成较复杂的情况,计算结果往往和实际值有很大的误差,因此对于非均质介质基础的破坏模式及极限承载力的计算需要更深入的研究。针对这一问题,通过现场原位试验,塑性有限元分析从各个方面进行了细致、深入的研究和探讨,具体工作内容和成果如下:对国内外有关非均质介质地基承载力研究的水平和现状进行了综合评述。目前,非均质介质地基尚缺乏成熟的计算方法,本文在迈耶霍夫和汉纳的成层土地基极限承载力理论的基础之上对它们的极限承载力公式初步进行了探讨和改进,同时讨论了汉森的加权平均法、扩散角法等不同的地基极限承载力计算方法,并根据在天津港进行的大规模载荷实验结果对这些计算方法进行了检验。其结果表明对于成层土地基极限承载力的计算,由迈耶霍夫和汉纳的理论所得的计算结果与实测值比较接近,应进一步研究该方法的应用。本文在以上结果的基础上进行了三个方面的研究工作:(1)对迈耶霍夫和汉纳公式计算成层土地基承载力的步骤进行细化,推导出计算承载力的一般计算模式;(2)运用现场载荷试验结果对计算成层土地基承载力的迈耶霍夫和汉纳公式进行验证,同时对迈耶霍夫和汉纳公式进行适当的修正。(3)为了有效地对非均质成层介质的承载力问题进行分析研究,选择了适当的二维有限元计算软件PLAXIS对其破坏机制进行模拟计算。模拟出了外荷载作用过程中非均质介质内部应力、变形以及破坏面的发展过程,分析得出了非均质介质地基的破坏机理。结合原位载荷试验,利用试验数据对有限元分析结果进行了验证,表明有限元计算结果是可信的。各理论计算结果表明,成层土的迈耶霍夫和汉纳计算公式计算步骤的关键在于确定破坏面的极限深度,极限深度的判断对其计算的结果有重要影响;根据大型荷载板现场试验的结果,当土层超过两层时的成层土地基的极限承载力按迈耶霍夫和汉纳理论公式进行计算,其计算结果与实测值相比基本吻合。在相同的地质条件下,由三个公式计算得到的基础极限承载力值大小排列顺序:Hansen公式>扩散角法>迈耶霍夫&汉纳理论公式。有限元计算结果表明:非均质介质地基的破坏模式主要是整体剪切破坏和局部剪切破坏两种形式;塑性变形首先出现在基础边缘,随着外载荷的增大,塑性变形区域在非均质介质中逐渐扩展并最终形成一个贯通的塑性区。当相对厚相对较小时,非均质承载介质产生局部剪切破坏,在相对厚度较大的情况下,非均质承载介质发生整体剪切破坏地基硬土层的厚度对于基础的基础承载力影响非常大,在用扩散角法对成层土地基承载力进行估算时应充分考虑这个因素的影响。本文的研究成果对于港工地基规范(JTJ250)的修正有一定的参考价值。