复杂海洋循环荷载条件下砂土地基吸力桶基础的长期循环承载特性是海上风电开发中亟待解决的科学难题,存在诸如长期循环累积变形预测难度大、循环桩-土相互作用复杂以及循环荷载作用对水平单调承载力的影响不清楚等问题。本文通过缩尺模型试验,针对砂土地基吸力桶基础系统全面地开展了上百万次的循环加载试验研究。考虑循环次数、变幅循环荷载顺序、循环荷载参数、循环荷载方向等影响因素,结合理论分析对吸力桶基础的累积转角、运动轨迹演化规律、基础刚度、土体阻尼和循环荷载作用后的水平单调承载力等开展了深入研究,提出了长期循环累积变形预测模型和计算方法,揭示了循环荷载作用下的桩-土相互作用机理,建立了循环荷载作用后吸力桶基础水平单调承载力的计算方法。论文主要研究工作和成果如下:(1)基于砂土剪切刚度与地应力关系和Bolton公式,提出了砂土地基缩尺模型构建方法,为从现场尺度到模型尺度的试验开展提供了理论基础。采用落雨法制得了均匀可重复的饱和砂土地基。通过吸力桶基础安装和水平单调加载试验结果分析,验证了整套试验方法和试验装置的可重复性,实现了海上风电吸力桶基础近似全寿命周期的循环加载试验模拟,验证了该模型试验构建方法的可靠性以及模拟复杂海洋循环荷载的准确性。(2)开展了变幅循环荷载作用顺序对吸力桶基础累积转角的影响研究,通过恒幅和变幅循环加载试验,发现变幅循环载荷作用顺序对吸力桶基础累积转角具有较大的影响。其中,减序循环荷载下的累积转角约为增序循环加载情况的两倍,揭示了增序循环荷载作用时前期低幅值荷载使桩周土致密化对累积转角的影响机理。另外,根据恒幅循环加载试验结果,提出了基于Miner准则预测变幅循环荷载下吸力桶基础累积转角的预测方法,该方法能较好的预测减序循环荷载下的吸力桶基础累积转角,但对增序和先增后减循环荷载作用的预测结果较为保守。(3)开展了单向和双向循环荷载作用下吸力桶基础承载特性研究,通过单向和双向循环加载试验,揭示了复杂循环荷载参数条件下吸力桶基础累积转角、基础刚度和土体阻尼随循环次数的变化规律。研究发现双向循环荷载下吸力桶基础累积转角相比单向循环荷载作用更早进入循环塑性阶段,以及双向循环荷载下基础刚度大于单向循环加载的情况。进一步发现土体阻尼与基础刚度随循环次数的增加呈现相反的变化趋势。建立了复杂循环荷载参数条件下的长期循环累积转角预测模型,计算得到了在全寿命周期内复杂循环荷载参数条件下的吸力桶基础累积转角预测曲线。(4)开展了多向循环荷载作用下吸力桶基础承载特性研究,通过多向循环加载试验,发现了多向循环荷载下吸力桶基础累积转角受荷载方向和荷载历史的影响,且小于单向和双向循环荷载作用结果,揭示了后续加载方向和初始加载方向角度变化对累积转角减小以及减小程度影响的机理。另外,循环荷载方向发生较大改变时基础刚度和土体阻尼将发生突变,且随重复加载次数的增加突变幅值具有逐渐减小的规律,进一步揭示了荷载方向改变时基础刚度和土体阻尼发生突变的机理。(5)开展了循环荷载作用对吸力桶基础水平单调承载力的影响研究,通过循环加载后的水平单调加载试验,发现了循环加载后的吸力桶基础水平单调承载力随循环荷载幅值比和循环次数的增加分别呈线性和指数增加,随循环荷载对称比的增加呈线性减小,但与变幅循环荷载作用顺序和循环荷载方向无明显定量关系。进而揭示了复杂海洋循环荷载作用后,桩周砂土地基性状的改变对吸力桶基础水平单调承载力增加的机理。基于循环荷载幅值比、循环荷载对称比和循环次数等主要影响因素,建立了吸力桶基础循环加载后的归一化水平单调承载力计算方法,并由试验结果进行了验证。