在我国沿岸海域广泛分布着软土地基,在软土地基上建造防波堤是港口海岸工程建设面临的现实问题。长江口深水航道治理工程半圆型防波堤破坏事例表明在波浪等循环荷载作用下防波堤的稳定特性、破坏模式尚不明确,软土地基的承载机理有待深入揭示。采用大比尺物理模型实验方法,模拟波浪作用下软土地基上防波堤的真实工作状态,并结合有限元数学分析,深入揭示波浪荷载及软土地基条件下防波堤的承载机理及稳定特性,具有重要的科学意义和实用价值。本文主要开展了五方面的研究工作:1.首次开展波浪作用下软土地基半圆型防波堤和直立式沉箱防波堤稳定性大比尺物理模型实验研究工作。采用土体重塑制作模型土体,使其与原型土体的极限承载力之比符合模型实验相似比尺要求。在长450 m、宽5 m、深8~12 m的实验水槽建立了模型与原型比尺为1:5的模拟波浪—防波堤结构—软土地基实际工作状态的物理模型实验系统,开展了相关实验研究工作。2.通过大比尺物理模型实验,在不同水深条件下,不同波高和波浪循环次数的波浪作用下,研究半圆型防波堤和直立式沉箱防波堤软土地基的孔隙水压力变化规律。半圆型防波堤软土地基的最大孔隙水压力发展趋势分为基本不变型、增长型、消散型以及先消散后增长型等四种类型。直立式沉箱防波堤软土地基的最大孔隙水压力发展趋势分为基本不变型和增长型两种类型。从结构安全不利角度选取增长型曲线进行数据拟合,得到半圆型防波堤下软土地基对数型和直立式沉箱防波堤下软土地基双曲线型最大孔隙水压力发展模型,为波浪作用下软土地基循环强度弱化的数值模拟奠定了基础。3.根据大比尺物理模型实验,研究波浪长时间作用下半圆型防波堤和直立式沉箱防波堤地基土体强度及防波堤的沉降特性,得到半圆型防波堤和直立式沉箱防波堤地基土体强度及沉降的变化规律,为不同结构型式防波堤的地基承载力和沉降分析提供了依据。4.建立了考虑软土地基循环强度弱化特性的半圆型防波堤和直立式沉箱防波堤稳定性分析有限元数学模型,并通过大比尺物理模型实验进行了验证。综合考虑波浪动荷载、基床静荷载、防波堤结构型式以及基床底部宽度等因素对软黏土地基承载力和强度弱化的影响,建立考虑软土地基循环弱化效应的地基承载力判别方法,可应用于防波堤稳定性计算分析,为工程建设提供技术支撑。5.采用考虑软土地基循环弱化效应的有限元分析方法及地基承载力判别方法,分析了长江口深水航道治理半圆型防波堤和烟台港西港区直立式沉箱防波堤结构的稳定性。为本文提出的大比尺物理模型实验方法、数值计算分析方法及地基承载力判别方法的实际应用提供案例支撑。