固定式单桩基础风机由于结构简单、安装方便等原因最受欢迎且发展迅速,已逐渐被应用于深远海域。然而我国海域基岩层较浅,水下土体为强度较低、粘性较强的软粘土,为了保障大功率固定式风机基础在深远海应用的稳定性,大直径单桩基础是有效的解决途径。针对大直径深水单桩风电机组基础的复杂桩-土相互作用问题,传统规范所采用的p-y曲线分析方法在应用中被证明,无法考虑大直径单桩“尺寸效应”引起的基底效应和竖向摩擦作用而低估了基础承载力,使得设计过于保守。同时高精度三维有限元分析则因密集网格剖分而使得计算时间过长,难以满足设计阶段的时效性要求。对于大直径刚性短桩,目前国内外的研究或不能考虑全部的土体约束影响,或没有相应约束的表达式,均对桩体极限承载力存在不同程度的低估。本文针对大直径单桩-土相互作用问题,利用有限元法分析土体对不同长径比单桩基础的约束作用机理,修正p–y曲线及其他约束作用表达式,建立能够快速准确预测桩-土相互作用的不同组合的简化弹簧模型,得到适用于不同直径单桩桩-土相互作用的工程设计方法。首先,建立不同长径比的桩-土相互作用三维有限元模型,研究长径比、土体吸力作用、土体的应力-应变关系对桩体的极限承载力、荷载-位移响应的影响;开展桩体发生挠曲和转动模式下土体的破坏机理研究,包括楔形破坏、绕流破坏和旋转破坏,并以此作为考虑全部土体对桩体约束作用的简化设计方法依据。其次,利用水平土抗力-位移关系和极限承载力因子,结合有限元计算结果对p-y曲线进行修正;针对不同长径比的单桩基础和不同应力-应变关系的软粘土,验证修正p-y曲线对水平荷载-挠曲位移关系计算的准确性以及对不同尺寸桩体的适用性。然后,研究大直径单桩转动产生的基底效应和侧壁摩擦作用机理,分析并获得相应约束作用的表达式;针对不同长径比桩体的实际受力情况,提出考虑不同约束作用的两弹簧模型和三弹簧模型,并验证其对于桩体尺寸和土体硬化程度的适用性。最后,利用考虑不同约束作用的简化设计方法计算单桩极限承载力,结合有限元结果,量化各约束作用对极限承载力的占比,以此为依据重新定义相对刚度界限值,提出适用于不同刚性程度单桩的桩-土相互作用简化设计方法。研究结果表明:对于不同相对刚度的单桩基础,本文提出的桩-土相互作用简化设计方法均能够充分地发挥土体约束作用,使用该方法可以快速准确地计算单桩极限承载力以及预测桩体的荷载-位移响应。