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随着海上风电技术的发展,海上风电场开始向深海海域发展,其基础形式逐渐开始升级更新。传统的风电桩基础中,单桩基础是最常采用的形式,但面对复杂的海洋环境,已不再能很好满足承载能力需求,而复合桩基础则因为其更良好的承载性能而被广泛关注。单桩-摩擦轮基础是一种新型复合桩基础,它是单桩基础的升级,承载性能更加优越。故在此背景下对单桩-摩擦轮基础的承载性能展开研究,以期研究成果可以揭示其受力变形机理,对完善单桩-摩擦轮基础计算理论与实际应用均具有重要意义。以我国东海某海域风电场为背景,利用ABAQUS有限元分析软件,建立砂土中单桩-摩擦轮基础数值计算模型,对单桩-摩擦轮基础承载特性展开研究。首先对单桩-摩擦轮基础与传统单桩基础的承载性能进行对比分析,揭示单桩-摩擦轮基础的优越性;其次开展海上单桩-摩擦轮基础在单一水平、单一竖向和组合荷载作用下承载能力研究,以及不同桩-土参数对单桩-摩擦轮基础承载能力的影响;最后对组合荷载作用下单桩-摩擦轮基础承载性能、荷载倾角对桩基承载能力的影响以及水平与竖向荷载分量间相互影响进行分析。得到主要结论如下:(1)与传统单桩基础相比,单桩-摩擦轮基础中因摩擦轮的存在,一定程度上优化了单桩的受力变形特性,使得其整体的承载能力得到一定的提升。(2)单桩-摩擦轮基础水平承载能力影响因素的分析中,增大摩擦轮高度与增大摩擦轮直径都使得其水平承载能力得到提升,且二者作用机理类似,均增大了桩-土间相互作用面积。但随着摩擦轮高度和直径的继续增大,二者对桩基水平承载能力的提升作用逐渐减弱。摩擦轮厚度的改变对桩-土间相互作用面积不产生影响,但会造成摩擦轮刚度的降低,从而使得单桩-摩擦轮基础水平承载能力随之降低。(3)单桩-摩擦轮基础竖向承载能力影响因素的分析中,定量改变土体模量,单桩-摩擦轮基础荷载-位移曲线的第一拐点对应的竖向荷载几乎不变化,即对单桩-摩擦轮基础竖向承载能力影响较小,但随着土体弹性模量增加,相同荷载下单桩-摩擦轮基础竖向位移逐渐减小;桩土间相对摩擦系数的增加,导致了桩侧摩阻力的增大,单桩-摩擦轮基础荷载-位移曲线的第一拐点对应的竖向荷载随之增大,单桩-摩擦轮基础竖向极限承载能力得到提升。(4)单桩-摩擦轮基础承载能力包络面与桩基理论值包络面几乎一致,倾斜角为10°时为临界角,荷载倾斜角小于10°时,承载能力以竖向荷载控制为主,荷载倾角大于10°时,承载能力以水平荷载控制为主。(5)由于水平荷载的存在,单桩-摩擦轮基础桩身产生挠曲变形,竖向荷载一部分由桩基自身承担,故桩顶竖向位移会有所减少,但同时桩身会产生弯矩,改变桩体受力特性。因此,桩顶水平荷载的存在虽然可减小桩顶竖向位移,但会对竖向承载能力造成不利影响,故而引起单桩-摩擦轮基础竖向承载能力的削弱。(6)存在竖向荷载时,单桩-摩擦轮基础在水平荷载作用下的侧向位移逐渐减小,且随着竖向荷载的增加,其减小趋势变缓,同时桩身剪力与弯矩无明显变化。即竖向荷载的存在可以有效减小桩身侧向位移,且对其受力变形特性不产生不良影响,竖向荷载的存在对单桩-摩擦轮基础水平承载能力具有一定的提升作用。(7)荷载倾角的增加将导致桩身侧向位移的增大,且位移零点位于埋深3.6D-4.6D范围内;桩身弯矩同样随荷载倾角的增大而增大,最大弯矩位于埋深0.6D-1.6D范围内,即桩身侧向位移与弯矩主要受复合荷载中水平分量的影响;荷载倾角的增加也将导致桩侧被动区桩土挤压作用更为强烈,土抗力也随之增加,主动区桩土逐渐脱开,上部土抗力逐渐减小,部分为零,荷载倾角越大,土抗力为零的范围就越深,桩身上部土抗力逐渐增加,下部逐渐减小。