近浅海区域是一个特殊的地质、物理和生物区域,具有重要的环境、经济和文化价值。随着人类对海洋开发力度的不断增大,该区域在资源、运输、能源、贸易、渔业和旅游行业中均起到重要作用,因而大量的海洋结构物(如防波堤、桩基、石油平台、管线等)在该区域不断兴起和建设。与陆地环境不同,海洋结构物往往处在复杂的波浪荷载中,从而造成承载海洋结构物的海床地基易发生液化现象,继而导致海洋结构物在竣工后短短几年内功效大幅降低。因此研究海床在波浪荷载下的响应和稳定性仍是当前海洋土力学的首要课题之一。本文首先对波浪和海床相互作用理论进行详细介绍及数值分析,发现在细砂质海床中,海床内孔隙水压力在接近于海床表面处呈现急剧变化,即孔压不连续现象,但是该现象目前无任何理论能提出适当及合理的解释。因此本文通过一维圆筒实验对波浪荷载下的均匀土海床响应问题进行实验研究,在验证理论的同时并试图测得、分析孔压不连续现象。在此基础上,本文又依次对不同类型的混配土海床(细砂中混有一定比例黏土)和成层土海床(三层土海床、非均质海床、两层土海床)在波浪荷载下的响应及稳定性进行了实验研究。研究结果表明:(1)通过均匀土实验结果与前人理论解的对比验证了实验数据的正确性,同时部分实验组中测得了孔压不连续现象,印证了往昔理论和本文数值计算中求得的孔压不连续现象确实存在。通过分析可知海床液化是导致孔压不连续现象发生的重要原因。实验中同时观测到孔隙水压力的衰减和相位滞后现象,通过分析可知该现象是海床瞬态液化的重要原因。另外,波浪参数(波浪周期、波浪高度、波浪循环次数)和海床土体参数(渗透系数、饱和度)对海床液化均有重要影响。随着波浪周期、波浪高度、波浪循环次数的增加,海床的最大液化深度随之增加;随着海床渗透系数、海床饱和度的增加,海床的最大液化深度会随之减小;(2)黏土混配比例(CC)对混配土海床的孔隙水压力响应和液化有重要影响。当混配土海床内黏土混配比例增加时,波浪引起的孔隙水压力最大振幅随之减小;相反的,当混配土海床内黏土混配比例继续增加至黏土混配比例阈值后,波浪引起的孔隙水压力最大振幅会大幅增加。另外,海床的最大液化深度将随着黏土混配比例的增加而增加,但是当黏土混配比例增加至黏土混配比例阈值后,海床的最大液化深度会迅速减小。最后,随着混配黏土塑性指数的增加,黏土混配比例阈值会随之降低。该结论将黏土塑性指数和黏土混配比例联系起来,即无论在何种波浪条件下,这两个指标将决定混配土海床的液化情况;(3)通过成层土海床的参数分析可知,随着波浪周期和波浪高度的增加,成层土海床内孔隙水压力最大振幅值也会随之增加。另外,通过对成层土海床的液化分析可知:第一,当三层土海床中粗砂在上时,其抗液化性更强;第二,海床的最大液化深度会随着海床渗透系数的减小而增加,即密实海床的抗液化性更差;第三,当海床内替换一定厚度的液化防护层后,海床表面附近的孔隙水压力值会有较大增加,这将导致超孔隙水压力减小,从而大大降低海床液化现象。以本研究为例,当替换的液化防护层厚度为0.1m时,可以降低约56%的海床液化;而当替换的液化防护层厚度达到0.2m时,海床完全不发生液化现象;(4)无论在均匀土实验、混配土实验或成层土实验中,均发现海床土体会随着波浪荷载的施加而出现沉降的新现象。海床液化和海床相对密度的变化共同导致海床沉降现象的发生。海床液化过程和海床沉降现象是相互联系的,即海床液化导致海床沉降的发生,而海床沉降的发生又加剧了海床液化过程。此外,波浪周期的增加、波浪高度的增加或海床饱和度的减小均会造成更大的海床沉降。这是因为海床液化是导致海床沉降现象发生的重要原因,由于波浪周期的增加、波浪高度的增加或海床饱和度的减小均会导致海床最大液化深度的增加,而海床最大液化深度的增加必定导致海床沉降的增大。