地震作用下饱和地基液化的预测以及预防是抗震工程界普遍关注的重要问题,其研究也一直是工程抗震研究领域的前沿课题。桩基作为一种历史悠久又广泛采用的基础形式,因其承载力高,易于工程施工,抗液化能力强等诸多优点,被广泛应用于高层建筑、桥梁、大型厂房结构,尤其近些年来随着近岸轻型桩柱码头,离岸风电与海洋平台的兴建,除了需要考虑地震作用下桩—土间的动力耦合作用以外,同时还需要考虑到在地震作用下饱和地基超孔隙水压上升甚至地基液化地基承载力的影响,以及不同类型土体抗液化能力差异的影响能够极大影响结构的稳定性,因此在不同地质环境条件下准确预测地基土的强度、变形和抗液化特性,并有针对性的采取有效的工程措施降低液化震害等方面的研究工作显得尤为重要。地震作用下可液化饱和地基桩—土动力相互作用问题作为一个多学科交叉的复杂课题,虽然以往对饱和土液化模型已经开展了很多的研究,但通过试验得到的液化模型对土体液化现象的认识依然缺乏更严格意义上的理论支持,且在实际工程应用中仍存在诸多不便。为研究不同地质环境条件下饱和地基桩柱结构的地震响应问题,本文对通过对桩—土动力相互作用研究现状和成果进行了系统总结,在此基础上分别从简化分析和非线性有限元数值模拟模拟两条技术路线下对地震作用下饱和地基自由场的地震动力响应进行了研究,并结合工程应用轻型码头桩柱结构的地震响应开展了如下工作:本文的第一部分:(1)根据Biot两相饱和介质下的波动理论,建立了成层饱和地基的动力刚度矩阵,并以此为基础在SHAKE91地震分析程序的基础上建立了可以模拟饱和土层地震响应的计算模型。对饱和成层自由场地基的波动响应进行了数值对比分析研究,同时考虑到在实际情况下,基岩上方覆盖土层部分极少为理想均匀分布的土体介质,尤其在沉积性海洋地质环境中分层现象表现的更为明显,因此针对非均质成层自由场的波动响应进行了分析和讨论。(2)在地震作用下,由于上覆土层的存在,必将影响到传播到自由场表面处地震波动响应,尤其在含非均质夹层时,上覆土层的选择性滤波作用更加明显。因此在计算结构的输入地震波时,不能简单地将基岩地震波加载到结构基础上进行地震响应的模拟计算。鉴于夹层地基的选择性滤波作用,在自由场地基地震响应研究的基础上,对地震动力荷载作用下的码头桩柱结构的地震响应进行了研究,通过数值模拟研究了桩—土间的动力耦合作用。本文的第二部分:(3)随着对土体非线性力学特性研究的深入,越来越多的研究认识到,土体在循环交变荷载作用下即进入超固结状态,超固结土在压缩性、应力应变关系以及可液化特性方面均表现出与重塑土体具有显著差异的力学和液化性状特点,因此能够显著影响地基以及结构物在动力荷载尤其在地震作用下的动力响应特性。为研究循环交变荷载作用下土体的力学响应特性尤其在非排水加载条件下超孔隙水压的影响,从第四章开始,论文在下负荷面剑桥模型理论框架下对考虑超固结因素后土体的应力应变关系、可压缩性、超孔隙水压的发展与超固结状态的演化规律等进行了详细对比研究。并在此基础上建立了两相饱和地基下桩—土耦合体系的动力非线性有限元数值模型,对离岸桩柱轻型码头结构在地震荷载作用下的动力响应进行了数值模拟研究。(4)在下负荷面剑桥模型下超固结土力学与可液化特性研究的基础上,进一步从超固结状态演化的角度,通过控制超固结状态变量演化速率,在统一下负荷面剑桥模型理论框架下对粘性与砂性土的力学与液化特性进行了对比试验研究,从土体状态状态变量的角度讨论分析了粘性土和砂性土抗液化能力的差异,从更加严格的理论角度解释了砂性土的高可液化性。同时考虑到土体密实度与超固结状态间的相关性,在排水循环加载的基础上,对砂土经振密后的抗液化能力进行了评估研究,从超固结状态角度很好解释了不同密实度条件下土体液化能力的差异,加深了对液化产生机理的认识。(5)在自然地质环境条件下未扰动原状地基土在其风化沉积过程中受物理化学等因素的影响形成了其特定的多孔结构性特征。随着近些年来现代原位取土技术的发展,同时以及对天然未扰动状态土体微观结构认识的提高,越来越多的研究表明,未扰动状态下原状土与重塑土力学与抗液化能力存在显著差异。因此准确模拟出土体结构性的影响并进行定量分析具有重要的实践意义。在对土体超固结状态变量研究的基础上,通过结构性状态变量的引入,在上负荷面剑桥模型框架下研究了原状土力学与液化特性,同时也对自然条件下原状地基和重塑土地基下的码头结构地震响应进行了对比分析研究。