海上风电工程对其自身结构、基础和地基土的变形控制要求极其严格，然而目前对海上风电基础与地基土相互作用规律以及地基土变形响应规律的认识仍显十分有限。本文在试验设备研制的基础上，着重通过系列试验及有限元和离散元数值模拟，对近海风机单桩基础附近地基土的特有应力变化和应变响应等复杂力学行为、规律和机理展开研究，取得以下主要的新成果：（1）成功研制了一台可实现多类型复杂加载的大型智能控制压扭多轴加载试验机，形成了一个集动静加载压扭、真三轴、平面应变和常规三轴为一体的多功能土动力试验平台，被用于模拟海上风机基础附近地基土中发生的应力主轴往返循环旋转作用等复杂力学行为。（2）采用两种不同本构模型的三维有限元计算分析，阐明了海上风浪荷载作用环境下风机单桩基础附近地基土中应力变化的特性规律及主要影响因素。表明桩基础附近地基土中存在着极其复杂的应力状态及变化，尤其是基础附近的表层地基土中的主应力方向在三维空间内发生有限角度往返循环旋转现象；当风、浪方向一致或二者夹角很小时，退化为二维平面内的应力主轴有限角度往返循环旋转；数值分析中采用的土本构模型的不同对上述的应力变化规律性影响不大。（3）通过纯应力主轴有限角度往返循环旋转系列试验及离散元模拟分析，揭示了二维平面内的有限角度应力主轴往返循环旋转作用下饱和砂土应变响应的特有规律及细观机理，发现：a）各个方向的应变分量的发展趋势受到应力主轴往返旋转角度幅值α和初始主应力方向角α0的明显影响，随着循环周次的增加呈现出应变硬化效应；b）体应变出现先缩后胀的规律性变化且受α的显著影响，该体胀是由二维平面内砂土颗粒发生往返旋转错动过程中在与其垂直的中主应力作用方向上发生侧胀引起的；c）剪应力-剪应变关系和应变路径受到α和α0的共同影响，双幅剪应变值与以往的应力主轴单向连续旋转作用情形相比要小；d）剪应变增量的方向仅随总剪应力（起始剪应力和循环剪应力之和）的加卸变化而变化，与应力主轴单向连续旋转作用情形有显著差异；e）粒状颗粒运动以滑移变形为主，颗粒偏转和试样各向异性程度的发展都不明显。