随着我国岛屿间电力网络的完善、通信需求的增大，选择海底电缆作为跨海的电力、通信传输介质已成为必然。但最近几年来海缆被船锚破坏的事故经常发生，使其安全运营遭到极大威胁，并且造成了巨大的经济损失。对于海床较坚硬的地方，目前国内外通常采用抛石保护层来防护海底电缆。虽然这种海缆防护方式在实际工程中已有广泛应用，也对海缆抵御船锚侵害起到了一定的作用，但是其实际的抗锚害能力在国内外还鲜有定量研究，在抛石的设计以及抗锚害能力计算方面也基本是空白。为此，本文对海底电缆抛石保护层抗锚害能力这一实际工程问题展开了全面系统的研究，可以为将来的抛石设计计算提供理论依据。本文主要进行了以下几个方面的工作：　　1.锚泊系统荷载研究。为了得到船锚侵害抛石保护层的初始荷载，本文首先研究了单独施加于船体、锚链的外部作用力，然后建立了锚泊系统的平衡偏微分方程，并编写了相应的迭代求解程序，最后对三种船锚和对应的船型在多个放锚阶段下的荷载进行了计算，得到了不同放锚阶段时船锚外部作用力。计算结果表明，船锚所受竖向力和水平力都随锚链释放长度的增加而减小，并呈明显的非线性特征。　　2.散体颗粒材料模型及接触力学研究。海底电缆抛石保护层由散体颗粒材料组成，本文首先研究了颗粒的两种基本模型—软球模型和硬球模型，提出了相应的模型假设，确定了不同颗粒模型的适用范围；然后研究了颗粒与颗粒之间的接触模型，比较了接触模型之间的差异，确定了不同接触模型的适用范围；最后提出了颗粒均一化的基本概念，并给出了颗粒均一化的基本过程，以平均应力的推导为例，实现了颗粒从微观尺度到宏观尺度的均一化过程。　　3.基于离散元理论的抛石抗锚害能力研究。本文研究了离散单元法的基本思想，并建立了离散元法的基本运动方程，给出了几种求解离散元运动方程的数值方法，比较了不同数值方法的精度和稳定性；提出了三种确定时间步长的方法，并推导得出了时间步长的解析表达式，给出了不同时间步长确定方法的适用范围；以颗粒离散元分析软件PFC3D为仿真平台，建立了船锚—抛石—海底电缆的离散单元模型， 通过对琼州海峡500kV海底电缆防护工程这一实例的计算分析，定量得到了抛石保护层的抗锚害能力，并研究了抛石颗粒粒径和摩擦系数对其抗锚害能力的影响。　　4.基于离散—连续耦合理论的抛石抗锚害能力研究。首先通过经典变分原理，推导了离散单元法与其它连续介质的数值方法耦合的理论解析式，证明了耦合算法的可行性；然后通过引入“过渡层”概念，实现了离散元法和有限元法的耦合计算，同时，通过接触面的相容条件和平衡条件，实现了离散元法和有限差分法的耦合计算，并都给出了耦合计算的流程图；最后依据同样一工程实例，利用PFC3D建立抛石保护层的离散元模型，同时利用FLAC3D建立了船锚和海底电缆的有限差分的连续介质模型，通过离散元—有限差分法的耦合计算，定量得到了抛石保护层的抗锚害能力，并将结果和离散元近似法的结果作了初步对比。　　5.抛石保护层抗锚害能力的试验研究。针对国内外缺少相关试验研究的情况，以及为了验证两种理论计算方法的正确性，设计了抛石保护层抗锚害能力的室内缩尺试验，采用与试验相同的工况，分别用离散元近似法和离散-连续耦合法进行了计算，并将理论解和试验值作了对比，估算了两者之间的误差，证明了两种理论方法在解决实际工程问题时都是可行的。另外，数值仿真计算需要用到试验碎石颗粒的刚度和摩擦系数两个参数，因此本文还进行了侧限压缩试验和直剪试验来测量这两个参数。