随着陆地石油以及矿产资源逐渐匮乏,人们开始寻求可再生资源,并且从陆地向海洋领域方向发展。近几十年,海上风电场成为我国海洋可再生资源开发热点之一。在复杂的海洋环境中,当波浪经过海床表面的时候,会引起海床土体超静孔隙水压力变化,这样的变化将进一步导致部分海床变得不稳定,甚至发生液化。当海床发生液化时,会导致海床承载力迅速降低,进而引起海洋结构物倒塌。此外,波浪经过海洋桩基时会发生绕流,使得波浪与桩基的相互作用变得十分复杂,尤其是波浪经过群桩时桩周波浪力会发生显著变化。目前对波浪与桩基和海洋土体的相互作用问题的研究已经引起海洋工程界和岩土工程界的广泛关注,对该问题的研究可为工程实践提出指导建议,并可有效防止工程事故的发生。本文通过建立数值模型,主要研究了以下工作:(1)建立三维波浪-海床动力模型。研究线性波、椭圆余弦波、孤立波和随机波对海床的动态响应。主要进行了波高、水深、土体饱和度和渗透系数的参数研究。在研究中,不仅分析了不同波浪作用下海床孔隙水压力和有效应力受各参数的影响,而且讨论了随机波引起的海床液化区域受饱和度和渗透系数的影响。最后对比分析了椭圆余弦波、孤立波和随机波对海床孔隙水压力、竖向有效应力、水平应力、剪应力以及水平位移的影响。(2)建立三维波浪-海床-桩基计算模型。采用k-ε紊流模型来模拟波浪在桩周的绕流,然后根据有限元软件建立动态响应模型。主要研究桩基水平位移和桩周孔隙水压力随不同桩身弹性模量、桩长、土体弹性模量、土体密度、土体饱和度、土体渗透系数的变化,并对桩基周围土体进行了液化分析。研究结果表示,在海水中的桩基自身水平位移沿深度变化较快,在土体中的桩基自身水平位移变化缓慢;桩身最大弯矩发生在海床表面附近;桩前孔隙水压力在海床顶部变化迅速,在海床中下部几乎不变。另外,当桩周土体的渗透系数越小或者饱和度越大时,液化区域会随着扩散。(3)建立了三维波浪-海床-群桩数值模型。利用数值有限元的方法模拟波浪与群桩的相互作用问题。讨论三根桩水平和垂直排列情况下,桩身水平位移、桩身弯矩和桩前孔隙水压力的变化特点。其中,群桩垂直排列时中间桩受力大于边桩;水平排列时桩前和桩后波压力差值越大的桩基受力越大;桩前孔隙水压力的大小取决于海床表面波压力的大小。