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随着科学技术的进步，人类对海洋探索和对海洋资源开发的需求不断增长，海上风力发电机、海上钻井平台和跨海大桥等重大近海工程应运而生。桩基础作为近海结构物的主要基础形式，其承载力与耐久性是近海结构物设计与海洋岩土工程研究的重点之一。在地震和波浪等复杂环境荷载作用下，桩基周围海床内部超孔隙水压力和土骨架位移表现出周期性和循环累积特性，土体特性发生相应变化，进而降低桩基的承载性能；同时，海水与桩基相对运动所产生的动水压力作用在结构物上，影响了桩基的动力特性。因此，研究地震和波浪等复杂环境荷载作用下桩基础的动力响应对于近海结构物的设计有着重要的理论指导意义和工程应用价值。本文主要研究内容及结论如下：
Biot理论及其简化形式被广泛应用于饱和海床的动力响应研究中，如“UP”方程、“SD”方程和“QS”方程。本文推导了Biot方程及其简化形式的频域解析解，通过对土体参数和激励参数(如渗透系数、激励频率等)的研究和对比分析，确定了不同简化模型的适用范围。研究表明，采用部分动力响应方程进行求解，能够在不影响计算精度的前提下，减小计算工作量及资源消耗。进一步基于“SD”方程推导了地震、波浪荷载单独作用下自由海床的动力响应，揭示了土体参数、地震频率、波浪周期等因素对弹性多孔介质海床动力响应的影响规律。
在地震和波浪等循环荷载作用下，海床内部超孔隙水压力的累积导致海床土体强度弱化现象的发生。本文建立了考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型，基于饱和软黏土的室内动三轴试验结果，反演了土体的动力特性参数及软化特性参数。对FLAC3D进行二次开发，实现了该修正模型的程序化，与不同剪切应变幅值作用下的动三轴试验结果进行对比，验证了该修正模型的准确性与合理性。并基于该修正模型研究了地震荷载作用下饱和软黏土的自由场响应，将数值模型的计算结果与离心机试验结果进行对比分析，研究表明该修正模型能够较好地模拟地震荷载作用下的自由场海床动力响应。
研究地震荷载作用下海床-桩基相互作用这一近场波动问题时，需要考虑无限域地基的波动辐射效应并在人工边界上完成地震动的输入。本文基于“SD”方程推导了适用于饱和多孔介质的地震动输入方法；针对FLAC3D内置吸收边界的局限性，提出了用FISH语言自定义吸收边界；进一步提出了结合地震动输入和黏性吸收边界的高精度人工边界方法。基于FLAC3D和MATLAB数值实现了本文提出的高精度人工边界方法，通过算例验证了本文提出的方法能够精确地描述地震动激励，同时有效地模拟半无限域海床地基的波动辐射响应，且显著提高了计算效率和计算精度。
基于本文提出的高精度人工边界方法以及考虑循环荷载作用下土体软化特性的饱和软黏土刚度衰减模型，建立了考虑动水压力的海床-桩基耦合数值模型，探讨了动水压力对桩基动力响应的影响，结果表明考虑动水压力会增大桩基动力响应，但影响程度与输入的地震动特性有关；并进一步研究了桩基入水深度、海床厚度、桩抗弯刚度和地震烈度等因素对流体-桩基-海床相互作用机制的影响。研究表明地震烈度越大、水深越深，动水效应的影响越显著；考虑动水压力增强了土层的放大效应，且增大了桩抗弯刚度对土-结构物相互作用的影响。
最后，建立了地震和波浪荷载联合作用下的桩基-海床耦合数值模型，讨论了波浪力对流体-桩基-海床相互作用机制的影响，主要影响因素包括波浪参数、地震烈度等。研究表明水-结构物相互作用或土-结构物相互作用对桩基动力响应的影响主要取决于地震烈度的大小，波浪参数如波高、水深、周期等对桩基位移反应的影响更为显著。
Biot理论及其简化形式被广泛应用于饱和海床的动力响应研究中，如“UP”方程、“SD”方程和“QS”方程。本文推导了Biot方程及其简化形式的频域解析解，通过对土体参数和激励参数(如渗透系数、激励频率等)的研究和对比分析，确定了不同简化模型的适用范围。研究表明，采用部分动力响应方程进行求解，能够在不影响计算精度的前提下，减小计算工作量及资源消耗。进一步基于“SD”方程推导了地震、波浪荷载单独作用下自由海床的动力响应，揭示了土体参数、地震频率、波浪周期等因素对弹性多孔介质海床动力响应的影响规律。
在地震和波浪等循环荷载作用下，海床内部超孔隙水压力的累积导致海床土体强度弱化现象的发生。本文建立了考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型，基于饱和软黏土的室内动三轴试验结果，反演了土体的动力特性参数及软化特性参数。对FLAC3D进行二次开发，实现了该修正模型的程序化，与不同剪切应变幅值作用下的动三轴试验结果进行对比，验证了该修正模型的准确性与合理性。并基于该修正模型研究了地震荷载作用下饱和软黏土的自由场响应，将数值模型的计算结果与离心机试验结果进行对比分析，研究表明该修正模型能够较好地模拟地震荷载作用下的自由场海床动力响应。
研究地震荷载作用下海床-桩基相互作用这一近场波动问题时，需要考虑无限域地基的波动辐射效应并在人工边界上完成地震动的输入。本文基于“SD”方程推导了适用于饱和多孔介质的地震动输入方法；针对FLAC3D内置吸收边界的局限性，提出了用FISH语言自定义吸收边界；进一步提出了结合地震动输入和黏性吸收边界的高精度人工边界方法。基于FLAC3D和MATLAB数值实现了本文提出的高精度人工边界方法，通过算例验证了本文提出的方法能够精确地描述地震动激励，同时有效地模拟半无限域海床地基的波动辐射响应，且显著提高了计算效率和计算精度。
基于本文提出的高精度人工边界方法以及考虑循环荷载作用下土体软化特性的饱和软黏土刚度衰减模型，建立了考虑动水压力的海床-桩基耦合数值模型，探讨了动水压力对桩基动力响应的影响，结果表明考虑动水压力会增大桩基动力响应，但影响程度与输入的地震动特性有关；并进一步研究了桩基入水深度、海床厚度、桩抗弯刚度和地震烈度等因素对流体-桩基-海床相互作用机制的影响。研究表明地震烈度越大、水深越深，动水效应的影响越显著；考虑动水压力增强了土层的放大效应，且增大了桩抗弯刚度对土-结构物相互作用的影响。
最后，建立了地震和波浪荷载联合作用下的桩基-海床耦合数值模型，讨论了波浪力对流体-桩基-海床相互作用机制的影响，主要影响因素包括波浪参数、地震烈度等。研究表明水-结构物相互作用或土-结构物相互作用对桩基动力响应的影响主要取决于地震烈度的大小，波浪参数如波高、水深、周期等对桩基位移反应的影响更为显著。