随着能源需求的逐渐增加和环境友好型社会建设的需要,风力发电机组逐渐从陆地走向海洋,并朝着大型化和规模化发展。目前,超大直径单桩基础在全球的海上风电场中使用占比超过75%,是最常采用的基础形式。其在服役期间不可避免的会受到上部结构产生的竖向荷载、风浪等水平荷载以及倾覆力矩的共同作用,受荷形式较为复杂。故在此背景下开展海上风机超大直径单桩基础承载性能研究,以期研究成果可以揭示超大直径单桩承载受荷变形规律,完善超大直径单桩承载能力理论并对实际工程提供参考。以我国东海某海域近海风电场为实际工程背景,利用有限元软件ABAQUS建立非均质多层土中海上风电单桩基础三维数值计算模型,分别对模型分别施加单一方向荷载和多向复合荷载,研究不同荷载情况下超大直径基础承载性能,并定量改变桩土参数,以分析不同桩土参数对桩基承载性能的影响。得到主要结果如下:(1)超大直径单桩基础桩顶水平荷载-位移曲线及弯矩荷载-转角曲线为缓变型,无明显拐点;而桩顶竖向荷载-位移曲线为陡变型,存在明显拐点。桩基的单一水平、竖向和弯矩承载能力均可由桩身变形予以控制。(2)桩周土体模量的增加可有效提高桩基水平和弯矩承载能力,但对桩基竖向承载能力影响较小;桩端土体模量的增加可较大提高桩基竖向承载能力,但对水平及弯矩承载能力影响较小。桩径的增大对桩基水平、竖向和弯矩承载能力均有提升。(3)桩顶已存在的竖向荷载会引起桩侧摩阻力显著增大,此时再对桩顶施加水平荷载,所产生的桩体侧位移将导致桩身两侧摩阻力不对称,土体中的水平应力和桩侧摩阻力的共同作用会形成限制桩身变形的抵抗力矩,导致桩基水平承载能力得到提升;桩顶已存在水平荷载时,桩身侧向变形增大了桩基顺载侧的摩阻力,但减小了逆载侧摩阻力和桩土间的接触面积,最终将导致桩基竖向承载能力减小。(4)在V-H荷载空间内,超大直径单桩基础的极限承载能力随着荷载偏离竖直方向而逐渐减小,包络面存在明显特征屈服点;在V-M荷载空间内,桩基的竖向承载能力随着弯矩的增大而逐渐减小,承载能力包络面无明显屈服点;H-M荷载空间内包络面变化趋势与V-H荷载空间内类似,弯矩和水平荷载对桩基变形的作用机理相似。M的增大对桩基在V-H荷载空间内包络面产生影响,桩基水平承载能力被削弱,但对竖向承载能力影响较小;而V的改变则几乎对H-M荷载空间内包络面不产生影响。V-H-M三维荷载空间内超大直径单桩基础极限承载能力包络面近似呈四分之一上球面。(5)桩土间相对摩擦系数的增加,使得超大直径单桩桩侧摩阻力得到显著提升,桩基在V-H荷载空间内承载能力包络面所覆盖的荷载组合点增加,且多集中在竖向荷载侧,即桩基竖向极限承载能力随桩土间摩擦系数增大而增大,且二者间近似呈线性关系,而桩基水平承载能力则受桩土间摩擦系数影响较小;桩壁厚度的增加时桩身自重增大,引起桩基竖向承载能力的降低,但可提高桩基水平及弯矩承载能力,V-H、V-M荷载包络面中H与M方向覆盖的荷载组合点均有增加;桩长径比的改变引起桩端埋置土层的变化时,对桩基承载能力影响很大,但不引起桩端埋置土层变化时,则对桩基承载能力影响较小;桩身刚度的增加使得桩基水平、竖向和弯矩承载能力均有所提升。