由于经济快速发展,能源问题日趋突出。海上风能具有环保清洁、可再生等特点,得到各国的普遍重视。单桩基础具有结构形式较为简单、施工相对方便等优势,成为海上风电场目前最常用的基础形式。海上风电单桩基础承受的外部荷载有水流荷载、波浪荷载以及风荷载等。在复杂的荷载作用下,海上风电单桩基础不可避免地会发生较大的变形,从而影响到风机结构的正常运行,并产生安全问题。为了保证风机结构的正常运行,需要严格控制基础的变形。水平荷载作用下海上风电单桩基础的变形特性是上述研究的基础,其核心是桩-土间相互作用问题。目前p-y曲线法是API、DNV等规范推荐使用的考虑桩-土相互作用的方法,但现有的p-y曲线法是基于小尺寸桩基的试验结果,对于大直径桩基难以适用。在实际工程应用中,桩基由于受荷产生转角变形,泥面处的实际转角和通过p-y曲线法进行数值计算得到的理论转角存在一定差异。因此,如何准确评估水平荷载作用下海上风电单桩基础泥面处的转角显得尤为重要。本文通过API规范p-y曲线法、砂土中水平静力加载模型试验、ABAQUS三维有限元数值模拟等方法较系统地研究了水平静力荷载作用下砂土地基中海上风电单桩基础中的变形特性,所做主要工作和研究成果如下:(1)通过有限差分方法推导出API规范中p-y曲线法的求解过程并编制了MATLAB计算程序;然后针对砂性土地基,在不同砂土相对密实度、桩径和深径比(桩基埋深和直径的比值)的条件下,分析桩身单元数量和间距对桩身水平位移的影响。根据研究结果得出桩身单元数量和间距最优设置的拟合公式,为海上风电单桩基础设计提供技术支撑。(2)通过砂土中水平静力加载模型试验研究了单桩基础在水平静力荷载作用下的变形特性,在不同砂土相对密实度、埋深、加载高度的条件下测量桩基泥面处和加载处的水平位移,直接得到泥面处和加载处位移随荷载的变化曲线,推算得到泥面处转角随荷载的变化曲线。对比分析试验结果和API规范p-y曲线法的计算结果,计算结果偏于保守,在海上风电单桩基础设计中偏不安全。根据加载高度、埋深、砂土相对密实度的不同,二者之间的差值约为0.05°~0.2°。(3)基于砂土中水平静力加载模型试验利用ABAQUS软件建立了三维有限元数值模型,计算得到单桩基础在水平静力荷载作用下桩基泥面处转角和水平位移随荷载的变化曲线。以试验结果验证数值模型,两者结果基本契合,说明可以根据此模型来模拟计算现场不同工况的单桩基础。通过ABAQUS三维有限元数值模拟和API规范p-y曲线法研究砂土相对密实度、桩径、埋深、加载高度对海上风电单桩基础变形特性的影响,分析桩基泥面处转角实际值和理论值的差异并绘制设计图表,从而为海上风电单桩基础设计提供有效参考。