开发海上风能已成为解决全球能源危机以及减缓全球气温升高的重要途径。通常情况下,海上风机基础的设计与安装费用约占风电场总造价的25%到40%,因此选择合适的基础型式以及相应的设计参数非常重要。随着风能开发逐渐往较深的水域发展(30 m～50m)以及单个风机装机容量的增加,四桩导管架基础开始被逐渐采用。该新型基础由上部导管架结构以及四根下部角桩组成,最初被用来支撑海洋油气平台。与后者不同的是,海上风机在服役期间将会承受风、波浪、流等水平荷载作用,而且循环加载次数可达百万次。综上,开展导管架基础在水平荷载作用下的受力特性研究,建立其单调加载和循环加载分析模型将对于优化导管架基础的设计具有重要意义。本文基于ABAQUS有限元软件,以广东桂山风电场某3 MW风机为原型,建立了导管架基础三维数值模型,并利用超重力离心模型试验验证数值方法的可靠性。为了提高建模效率,本文编写了导管架基础模型的Python脚本,从而实现了参数化建模。然后通过开展系统化的参数分析,研究了导管架基础分别在饱和砂土和软粘土中的水平单调和循环受荷特性,主要工作以及研究成果总结如下:(1)对于饱和软粘土地基,导管架基础在水平单调荷载作用下的转动中心逐渐靠近下压桩,这意味着上拔桩产生更大的竖向位移;与上拔桩相比,下压桩在加载过程中承担更大的水平荷载;导管架基础的承载力与加载方向有关,当加载方向为沿对角线方向加载时,承载力最低,同时在这种荷载工况下,导管架基础有三根桩处于上拔状态,而当导管架基础在承受沿边长方向的荷载时,仅有两根桩处于上拔状态。导管架基础的p乘子沿深度逐渐增加,并且与桩间距和桩身水平变形相关。本文提出了一种新的p乘子分析模型,可以同时上述影响因素,从而为导管架基础在软粘土中的设计提供参考依据。(2)与软粘土地基类似,导管架基础在砂土中的不利加载方向是沿着对角线加载。但是,在饱和软粘土地基中,桩身轴力对水平桩土相互作用的影响比较小,而在砂土地基中,下压桩(上拔桩)的下压力会明显增加(减弱)砂土的有效应力,从而导致上拔桩的桩周土反力总是明显小于下压桩。增大桩径和桩长均可以提高导管架基础的极限承载力。(3)在饱和砂土地基中,采用循环刚度衰减模型实现导管架基础在水平循环受荷下桩周土的弱化。然后通过参数分析,重点研究了桩基参数的选取对桩基循环承载力的影响。结果表明,导管架基础的水平循环累积变形与循环次数的对数呈线性关系,且加载过程中,导管架基础会产生内力重分配,即上拔桩所承担的水平荷载将会转移到下压桩。与传统规范建议的设计方法不同,导管架基础的循环p-y曲线与循环次数相关。此外,角桩的弯矩最大值深度会随着循环次数的增大而逐渐往深部土体移动,并且桩径越大这种现象越明显。导管架基础的角桩桩长越小,越容易产生竖向循环累积位移,造成基础倾覆破坏。