近年来,海洋工程发展迅速,海洋结构物得到了重点关注与大力建设。单桩基础作为海洋风机和海洋平台的重要基础形式,它在波浪荷载下桩土相互作用的响应机理研究是保障其承载性能与安全性的关键之一。实际海洋环境中,除波浪荷载外,桩基础还会因风荷载及上部结构物作用产生振动效应,从而影响桩周海床响应。目前对桩身振动的研究不足,应对波浪荷载及桩身振动作用下的桩土长期响应问题进行更加深入地分析。本文采用数值方法建立三维整体模型,研究了不同形式波浪荷载作用下的桩土耦合响应。同时考虑桩身振动,对桩土相互作用进行深入研究。此外,对现有二维累积孔压模型进行了三维推广,并对含单桩海床的长期累积孔压响应进行研究。本文的主要研究内容有以下几点:1、提出了包含波浪、海床和单桩的三维数值模型研究其相互作用,其中波浪-单桩和海床-单桩子模型在水土交界面上实现单向耦合,并采用自定义偏微分方程模拟单桩模型响应与桩土耦合作用。波浪模型基于Navier-Stokes方程,结合湍流效应进行模拟。海床作为各项同性多孔介质,采用准静态比奥方程研究。单桩基于弹性理论,并考虑桩土间位移的协调耦合。计算得到了线性波和椭圆余弦波荷载作用下海床孔压分布、单桩位移及桩身弯矩等响应。结果表明,海床土体孔压在海床表面达到峰值,孔压沿海床深度增大而减小。线性波下桩身位移峰值在波浪平衡位置下出现,而在波峰和波谷下的位移较小;受到椭圆余弦波波面特性影响,其波峰和波谷作用下桩身位移几乎为零。2、在桩土耦合响应基础上,采用桩顶施加周期性位移的方式,进一步研究桩身振动效应对桩土相互作用的影响,得出了桩身振动作用下海床和单桩的动力响应特征。考虑不利荷载组合,研究了振动作用下海床孔压、液化以及单桩位移、弯矩等响应,并对波浪、海床土体和单桩等主要参数影响进行了分析。结果表明,桩身振动作用下海床顶部会出现局部孔压增大的现象,且桩周海床孔压沿竖向减小趋势较缓。桩身振动效应还会使桩周海床液化效应更为明显。此外,波浪、海床和单桩的参数变化会对桩土相互作用及响应产生影响。3、对现有二维累积孔压公式进行推广,得到了基于瞬时剪应力的三维累积孔压模型,并通过海床土孔压的非线性累积响应探讨桩土相互作用的长期效应。与室内试验及数值结果对比表明,该三维模型可以较为准确地模拟含单桩海床的累积孔压响应。分析得出,累积孔压会随时间逐渐发展上升,其增长形式有小幅振荡特征。对于含单桩的海床,靠近桩表面处会出现剪应力集中现象,且单桩-海床-波浪的相互作用会对桩周土体产生非线性影响。此外,桩身振动和波浪荷载的共同作用,会导致桩周不同位置的累积孔压变化趋势产生差异。