传统吸力基础是一种底部开口,顶部封闭的大型钢制薄壁圆筒结构,可作为海上风电及海洋平台基础。裙式吸力基础以传统吸力为载体在顶部增加了“裙”结构,有效增加了传统吸力基础的水平承载力并减小了其侧移量。吸力基础达到设计承载力的前提是沉贯至海床预定安装位置。论文通过模型试验的方法,对比传统吸力基础,研究了黏性土不同固结时间和基础沉贯方式对裙式吸力基础沉贯和水平单调承载力的影响,分析了裙式吸力基础在沉贯和水平荷载施加过程中对基础周围土体的影响,通过吸力基础的注水拔出试验得出了吸力基础拔出过程中所受阻力。主要研究成果如下:(1)裙式吸力基础在黏土中沉贯机理。裙式吸力基础在裙结构接触土体后导致基础与土体摩擦力增加,吸力有一突变过程,后近似呈线性增加且线性变化率较裙结构未接触土体之前变大;相同土体固结时间下裙式吸力基础的自重沉贯量大于传统吸力基础,吸力沉贯量减小,土塞量基本相同,因此其吸力沉贯量与基础长度比值hs/L小于传统吸力基础,土塞量与吸力沉贯量比值hsp/hs整体大于传统吸力基础。(2)裙式吸力基础在水平单调荷载作用下的承载特性。相对于传统吸力基础,裙式吸力基础极限水平承载力有显著提升,最大提高为45.58%;在相同荷载作用下,裙式吸力基础的水平位移均小于传统吸力基础,传统吸力基础达到极限水平承载力时,裙式吸力基础在此承载力下所对应的水平位移最大减少为79.43%。加载初期桶内吸力急剧上升,吸力基础的承载力由基础内部吸力和基础与土体之间的相互作用共同承担,此时基础的运动方式为转动和上拔结合;当水平荷载持续施加至加载杆上加载点处水平位移达到1.5 cm左右(弹性变形阶段末)时桶内吸力逐渐趋于平稳,基础内部土体已开始发生破坏,基础失稳,基础运动方式以转动为主。(3)裙式吸力基础周围黏土受水平单调荷载作用而产生变形。吸力沉贯下基础周围土体环向产生凹陷,压力沉贯下基础周围土体在垂直于基础切线方向上产生裂缝。水平荷载施加前期基础前侧土体隆起区向基础周围横向和纵向呈扇形扩散,土体裂缝数量和高度也增加;水平荷载施加后期隆起区以横向发展为主,隆起高度和裂缝数量较前期增加较快。极限水平荷载作用下沿加载方向基础前侧土体区域为主动土压力区,土体被挤压受剪膨胀向上隆起,土体表面抗剪强度明显降低土体表现出“松软”特征。裙式吸力基础对周围黏土的影响范围大于传统吸力基础。由于裙结构的存在,裙式吸力基础前侧隆起区土体裂纹相对传统吸力基础较少,隆起高度较低。吸力基础达到极限水平承载力后将基础拔出,受剪切作用传统吸力基础主桶内约1/2 土体随基础被拔出,裙式吸力基础裙内约90%土体随基础被拔出。(4)裙式吸力基础在黏土中的注水上拔机理。注水上拔过程中基础周围土体裂缝增多,注入主桶内的水从主桶内流出,基础无法全部拔出,传统吸力基础的上拔位移大于裙式吸力基础。桶内压力达到峰值的时间会影响基础上拔位移的时间,桶内压力先达到峰值的基础首先达到最大上拔位移。前期桶内注水速度影响桶内压力变化,注水速度快桶内压力上升快,同时会导致桶内土体裂缝增多,在后期注水过程中桶内压力消散也快;注水速度慢桶内压力上升慢,对桶内土体影响小,后期注水过程中桶内压力消散慢。根据力的平衡公式计算得出吸力基础上拔过程中的阻力,对比发现当吸力基础内部压力达到最大值时,吸力基础此时拔出阻力最大。