人类的海洋开发活动日趋频繁，海洋工程在给人类带来巨大利益的同时，也带来了海洋环境问题。人类活动引发的海洋噪声问题已经在国际社会上引起了广泛的关注。钢管桩的冲击沉桩辐射的水下声压是最严重的噪声之一。管桩桩壁在锤头的冲击作用下发生振动并向海水中辐射宽频水下声压，高强度的打桩噪声会造成海豚、鲸和鱼类不同程度的伤害，引起动物焦躁，影响鲸与同类之间交流，甚至摧毁海豚的听力系统，致使其失聪死亡。研究海洋钢管桩的振动及声辐射机理、算法及控制方法，对海洋工程及海洋动物保护而言具有极其重要的意义。　　目前对海洋冲击沉桩辐射声的研究还处于起始阶段，仍然存在很多需要进一步研究和亟待解决的问题，已有方法本身还存在一些局限性。目前已有的降噪方案存在所需工程量大、经济耗费大等缺点，因而未能被广泛接受和应用，探索经济有效且方便执行的降噪方案成为当务之急。本文针对目前该领域存在的问题作了深入的探讨和分析，有针对性地提出了这些问题的解决方案，研究得到了国家自然科学基金（Grant No.11272208）的资助。论文结合理论建模、数值模拟、实验测试等手段对海洋沉桩所涉及的结构波传播、锤-桩-土相互作用、声振耦合计算等问题进行了详细的研究，对海洋沉桩噪声的控制方案进行了探索。文章的主要研究内容及相应的结论如下：　　（1）详细研究了锤头、管桩内的波传播问题，分析了锤头、砧铁、桩垫（或锤垫）、管桩与桩底土之间的相互作用。建立了波传播分析的非线性一维有限差分动力学模型，并基于该理论模型，研究桩垫的材料非线性及锤头、砧铁与桩顶之间的反弹与连击等物理现象对锤击力及土穿透量的影响。研究发现：考虑桩底土阻抗对冲击力的计算有重要意义；冲击过程中，锤头、砧铁与桩顶之间可能发生多次反弹与连击，但连击力一般不能引发进一步的土穿透；垫子能有效降低冲击力的峰值和冲击力的高频分量；锤头及砧铁的反弹会减小有效传递能量，从而减小桩底土穿透深度。　　（2）深入研究了锤击载荷作用下钢管桩振动及声辐射问题，基于Hamilton原理，提出了一种管桩声振耦合计算的半解析方法，利用变分方程求解壳体振动问题。理论分析及数值计算揭示水下辐射噪声的分布、传播与衰减规律及辐射声压传播的频散特性。理论计算结果与实验测试数据的对比表明，该理论模型能够对海洋沉桩噪声进行有效的预测；在管桩环频附近，壳体辐射阻抗很大，声压频谱在该频带上出现明显凹谷；辐射声压由传播模态及衰减模态共同贡献，在低频段，管桩附近的声场中衰减模态的贡献更大；随着激励频率的增加，声波到达海水海泥界面时，大部分声能量在界面上被反射，折射现象逐渐减弱。　　（3）设计了小型钢管桩的沉桩辐射声实验，测试和分析了桩底冲击力及水下辐射声压，明确了沉桩水下噪声的频带、空间分布及衰减特性。实验研究发现：水下噪声的第一阶共振频率由管桩的首阶轴向固有振动决定；水下声压具有明显的深度依赖性；辐射声压随距离的衰减曲线表明水中的声波能有效穿过水与泥的接触界面。实验结果验证了发展的声振耦合力学模型的有效性。　　（4）深入研究了垫子、砧跌对沉桩辐射声压的影响，并提出了基于桩垫参数选择的降噪方案。首先，我们研究了垫子及砧铁的使用对水下辐射声压的时域波形、幅值及频域响应的影响，并从能量传递的角度揭示桩垫降噪的机理。随后分析了参数变化对声压的峰值声压级及声曝露级的影响规律。最终基于分析结果，给出了最优的垫子安装位置及参数选择建议。得到主要结论如下：桩顶应力的尖锐上升沿会在管桩上激发出强烈的高频振动，使管桩产生高强度的水下噪声；垫子的使用能有效缓冲桩顶冲击力，防止桩顶应力产生尖锐的应力上升沿；垫子主要通过延长冲击能量传递到管桩上的时间来降低管桩的径向振动，防止径向位移的波前过于陡峭；砧铁的连击应力会进一步增大水下噪声的峰值；适当刚度的垫子能在保证沉桩效率的前提下显著降低水下辐射声压的峰值声压级及声曝露级；大恢复系数有利于增加土穿透深度和降低水下噪声。