山地城镇及坡地地区的建筑常常需依着边坡形成掉层结构。设计时往往假定结构在坡地上刚接,桩基础、结构和支挡都分别独立进行设计,但实际上掉层结构、边坡支挡结构和结构桩基础之间在静力和动力作用下会产生相互作用,如何将这些相互作用用于结构设计、保障工程安全是急需解决的工程问题。目前针对这方面的研究还很少,有必要进行深入的掉层框架结构桩-土-结构相互作用研究,为工程实践中桩的设计、支挡结构的侧向土压力计算以及掉层部分剪力计算的不足之处提供参考。本文采用OpenSees有限元分析软件,针对考虑上部桩-土-结构相互作用的山地掉层结构整体模型进行数值模拟分析,考虑结构高度、边坡高度、上接地端与边坡的距离、土体参数、有无结构等不同影响因素,分析重力荷载以及8度区(0.2g)地震作用下,坡地地形中的结构桩基对边坡支挡侧向土压力的影响、边坡变形对结构桩基础的影响以及相互作用对掉层结构受力的影响,并给出设计建议。本文通过研究得出的主要结论如下:(1)山地边坡上修建掉层结构会增大支挡结构静力作用以及小震作用下的侧向土压力,挡土墙土压力的增大主要体现在挡土墙上部,距离顶部1/3高度处增大的幅度最大。(2)桩-土-结构整体模型在静力作用下挡土墙所受的侧向土压力随着框架层数、边坡高度的增加而变大;当边坡变高时,由于挡土墙变高更柔,相同标高处侧向土压力有减小的现象;随着上接地桩与边坡距离的增大,掉层结构的桩基、边坡、支挡结构间的相互作用逐渐变小。(3)桩-土-结构整体模型在地震作用下,挡土墙上部2/3高度处的侧向土压力增加较多,下部1/3高度范围内,由于桩的抗滑作用反而会略小。挡土墙在地震作用下的侧向土压力值随着框架层数、边坡高度的增大而变大;随着上接地端桩基与边坡距离的增加,结构对边坡的影响减弱;土质条件越好,在挡土墙大部分范围内的地震响应越小。现有规范按考虑地震角以及其它措施在小震时对支挡结构的设计是安全的,但大震作用下采用按不考虑上部结构计算的静止土压力不能满足设计要求,需考虑1.3~1.6的安全系数,还可以采取设置上接地楼盖的方式进一步减小边坡的侧向土压力。(4)掉层结构上接地部分的桩基起到将上部结构的荷载传递至边坡支挡结构的不利作用以及对边坡产生抗滑的有利作用。地震作用下,上接地桩最大剪力大约距桩顶-2~-4m范围内,最大弯矩在桩顶附近。框架层数对桩的内力影响不大;随着边坡高度的增大,桩的剪力变大,当边坡高度达到6m后,桩在底部范围内剪力会变大,抗滑桩作用更强;上接地部分与边坡距离对上接地端的桩影响很小,约10倍桩径时可以忽略;土质越好的砂土桩的剪力越小。下接地处的桩由于在挡土墙墙趾处受边坡挤压最严重,对应位置的剪力最大。对不同因素下(层数、坡高、与边坡距离、土体密实度条件)接地桩实际的受力情况与采用规范按实际尺寸计算的受剪承载力进行比较,大震作用下在本文研究范围内仅在边坡高度较高(9m)的情况桩的剪力为承载力的1.03倍,不能满足要求,当边坡较高时,设计中应增加桩基的尺寸或者箍筋的直径来确保桩的安全。(5)山地结构设置上接地楼盖后能加强掉层部分与结构的整体联系,地震作用下对接地框架柱的剪力、埋深较浅时支护结构以及桩的内力有减小作用,小震下对支护结构侧向土压力的减小效果随着边坡高度增大而减小,对上接地柱剪力的减小效果随着边坡高度增大而增大,大震下的减小效果比小震时更好,支挡土压力能减小15%~20%;设置拉梁后会增大上接地端以下掉层框架柱的内力,但仍能满足设计要求。在上接地端设置拉梁时传力效果最好。(6)考虑桩土相互作用后上接地层各柱的剪力分布发生变化,上接地柱分配的剪力减小了10%,掉层部分分配的剪力增大了10%。