随着我国南海油气资源的开发,各种海洋结构物的数量与日俱增,锚固基础的设计在维持海洋结构物在位稳定性发挥着至关重要作用。考虑到南海海域地质情况复杂,主要分布着以易破碎的钙质砂、礁灰岩等与陆源沉积物差异较大的碳酸盐物质的特殊岩土材料;重力锚具有结构简单,适用土质条件范围广、且无需详勘地质资料等特点,尤其在坚硬岩石海床时会发挥独有的优势,而受到了关注。本文针对钙质岩土的特殊性,探讨其上重力锚基础水平承载力的问题。研究碳酸钙含量变化对含碳酸盐砂土破碎特性与强度特性的影响。利用离心模型试验的方法,研究碳酸盐砂土、碳酸盐岩场地条件下,锚底结构形式等因素对水平拉力的影响。借助大变形有限元技术,模拟多种场地条件重力锚水平运动的完整过程,分析不同场地条件下重力锚的系泊点位置对水平拉力的影响,主要结论如下:1.由颗粒破碎的多元回归分析表明,碳酸钙含量增加、粒径增大,相对破碎率增加;随着正应力的增加,破碎率对碳酸钙含量的依赖性增强,对粒径的依赖性减弱。内摩擦角随着碳酸钙含量的增加而增大,同时内摩擦角大小在d₅₀–H_Ca空间的分布特征表现为小粒径、高碳酸钙含量与大粒径、低碳酸钙含量的混合砂强度接近;根据这种分布规律并参考Clark对含碳酸盐砂土的命名,提出了基于碳酸盐指数的含碳酸盐砂土的分类方法。2.在离心模型试验中碳酸盐砂土场地条件下,平底、八键、十字三种锚底形式的重力锚在水平运动过程中位移—荷载响应基本一致,水平位移达到0.1倍锚长时,水平拉力达到“启动峰值”,实测摩擦系数较理论摩擦系数偏大20%;碳酸盐岩场地下,拉力-位移曲线为不规则的折线,实测摩擦系数与理论值误差相对较小。在两种场地条件下八键锚的实测摩擦系数最大、锚固效率最高。同种结构形式,相同水平位移下,碳酸盐砂土场地下重力锚的水平拉力略高于标准砂。3.大变形有限元法能反映八键锚周围碳酸盐砂土运动机理,并准确模拟碳酸盐砂土场地下八键锚水平向运动过程的位移—荷载响应。在碳酸盐砂土场地重力锚水平运动过程中高系泊点八键锚绕锚趾发生倾覆转动,低系泊点八键锚始终水平运动;初始阶段低系泊点八键锚较高系泊点八键锚的启动峰值提高了37%。在碳酸盐场地,高系泊点八键锚易发生绕锚趾倾覆现象。基于较好地锚固的目的,保证重力锚结构物抗倾覆稳定的要求,建议将重力锚系泊点设置在下端。对八键锚进行结构优化,提出了悬臂锚和正四棱台锚,有效地提高了锚固效率。