大力发展海上风电是实现我国“双碳”目标的重要举措。对于海上风机而言,嵌入海床的基础直接关乎风机整机的安全性和稳定性,是风电设计中最重要的一环。目前,在近海40 m以内的风电建设中,大直径单桩基础是应用最为广泛的基础形式。对于单桩基础的设计,首先要保证基础极限承载能够承受外部最为极端的荷载作用;其次要保证在风机25年服役期内,在风浪循环荷载作用下泥面处单桩累积变形不超过规范规定值;最后还要保证在往复的动力载荷作用下,风电结构不发生疲劳破坏。如此严苛的设计准则,再遇上我国风电场海域广泛分布的力学特性差的软黏土海床,给单桩设计带来了严峻的挑战。在过去的几十年中,国内外众多学者围绕软黏土海床海上风机大直径单桩静力承载特性、循环累积变形响应和动力疲劳分析开展了大量研究,但仍存在不少问题。总结来看:在预测单桩静力承载特性方面,目前尚未有简单实用的分析模型能够充分考虑桩底额外抗力贡献、桩周土破坏模式和地基土体力学特性的影响,使其能够解决“桩径效应”问题,从而适用于不同地基土体中不同长径比单桩的静力分析;在单桩循环响应方面,尚未有研究系统揭示循环重固结效应对单桩循环位移累积、刚度衰减等规律的影响,更无相应分析模型能够预测单桩循环弱化和重固结强化这两方面特性,从而实现考虑孔压累积与消散的单桩循环响应预测;在海上风机整机动力疲劳分析方面,目前也尚无能精细化考虑桩土动力相互作用（包括桩土阻尼）且耦合外界风浪流-风机上部结构-智能控制的海上风机整机一体化分析模型,一体化分析下的单桩动力疲劳响应也有待准确评估。本文针对以上所提到的软黏土海床海上风机大直径单桩基础关键性科学问题,综合理论分析、离心机模型试验和数值模拟等技术手段,进行了系统的研究探索。具体内容与创新归纳如下:1.从桩周土破坏模式出发,提出了单桩静力分析的2类-弹簧概念模型:“py+M-θ”模型。模型能有效考虑桩底剪力、弯矩等额外土抗力贡献,解决了现有“桩径效应”的问题,使之能够同时适用于不同长径比的单桩分析。综合三维有限元分析、上限法分析和弹性分析法探究了p-y和M-θ弹簧响应,重点提出了基于地基土单元应力-应变关系的楔形区p-y曲线和M-θ曲线模型。该单桩模型仅需场址土单元应力-应变关系和土体强度分布作为输入,方便实用的同时也充分考虑到了不同场址和位置地基土体力学特性,增强了模型的广泛适用性。模型反分析结果通过与涵盖柔性、刚柔性和刚性桩的6组现场试验、7组离心机模型试验结果对比,验证了该统一分析模型的预测能力。2.对于我国台风海域海上风机大直径单桩基础面临的循环重固结现象,针对两种典型桩径单桩（D=4 m和6 m）开展了一系列离心机模型试验,以探究循环重固结效应对软黏土海床大直径单桩基础循环受荷特性的影响。基于试验,系统地揭示了循环重固结效应下单桩荷载-位移响应、单桩峰值与残余位移累积、加卸载刚度演化、桩身峰值与自锁弯矩分布和循环p-y曲线响应等方面特性,同时也定量评估了循环重固结效应对典型海上风机自振频率和结构共振安全度的影响。3.延续所提出的“p-y+M-θ”框架,结合土单元三维应力-应变包络面,提出了基于土单元循环应力-应变关系的循环“p-y+M-θ”模型,以考虑单桩循环弱化效应。在该循环模型的基础上,引入土单元孔压包络面,基于临界状态土力学理论,实现模型中重固结效应的考虑。综合上述两部分,最终构建了既能够考虑循环弱化效应又能考虑重固结强化效应的单桩循环重固结分析模型,实现了全寿命周期单桩累积变形的预测。所提循环重固结模型预测结果通过与本文开展的离心机试验实测结果对比,验证了其预测能力。4.开展了广泛的三维有限元参数分析,建立了非线性桩土阻尼比模型,结合本文所提出的桩土反力曲线,构建了考虑非线性桩土阻尼的单桩“p-y+M-θ”实用动力分析模型;随后将该动力分析模型二次开发到了风机荷载计算软件FAST中,实现了桩土相互作用的精细化模拟,最终形成了具有气动水动求解、结构动力学求解、风机伺服控制和桩土动力相互作用求解的风机整机全耦合一体化分析模型。基于该模型,开展了广泛的计算分析,揭示了不同设计工况和不同桩土分析模型下风机载荷与基础结构动力响应规律,定量评价了桩土分析模型和桩土阻尼对海上风机大直径单桩疲劳寿命的影响。