近年来,随着深海油气资源的大力开发,吸力式桩基础在我国及世界海洋工程中的应用发展迅猛,其凭借施工方便、造价低廉及可回收利用等显著优势被广泛的应用于各种浮式结构的系泊锚固基础中。该种桩基础通常由钢制大圆桶构成。然而由于油气开发向深海领域的不断迈进,新型浮式结构的投入使用对于传统吸力式桩基础的承载性能提出了更高的要求,使得单桩的几何尺寸大大增加,极大提高了运输和安装难度、增加了工程造价。吸力式组合三桩基础的提出可以有效提高桩基础的整体承载性能,增加基础整体刚度,并使组合三桩的几何尺寸趋于合理,重量减轻,方便运输和安装,降低工程造价,特别适合作为深海浮式结构的锚固基础。作为浮式结构锚固基础的吸力式桩基础主要在桩身侧面承受向上的斜拉荷载。目前,针对此种加载模式组合三桩基础承载的研究刚刚起步,尚缺乏被广泛认可的理论体系和计算方法,进行实际工程应用还需要做大量的工作。为此,本文依托太原理工大学的大型土工槽进行了饱和砂土中吸力式组合三桩基础的大比尺室内模型试验,分析了单桩及组合三桩基础在斜拉静荷载作用下的承载特性和破坏机制,并通过ABAQUS有限元分析软件对模型试验结果进行了扩展,得出了一些有益的成果,为组合三桩基础在实际工程中的应用提供了理论依据和技术支持。主要研究成果归纳如下:(1)针对1g条件下的室内大比尺模型试验中斜拉荷载的施加方式,自主研发了一套斜向荷载施加装置(已获两项国家发明专利),并借助ShapeAccelArray位移计采集了荷载作用过程中单桩及组合三桩基础的桩身变形。室内模型试验表明组合三桩基础的抗斜拉承载力要高于同条件下单桩基础承载力的3倍。对不同长径比(L/D=7.5,6,4.5)、荷载作用角度(ω=15°,30°,45°)及桩间距(B/D=5,4,3)等不同工况下组合三桩基础承载特性的试验分析表明,随着荷载作用角度的增加、长径比和桩间距的减小,三桩基础的斜拉承载力也随之降低。(2)通过对模型试验结果的分析,提出了组合三桩基础的破坏标准,即在桩身最大位移点位移达到桩顶基础宽度的0.02~0.04倍范围时,桩基础进入破坏阶段。(3)根据模型试验中的桩身位移测试结果,对饱和砂土中吸力式桩基础的运动及破坏模式进行了深入分析,当荷载作用角度为15°时,三桩和单桩基础水平位移要大于竖向位移,处于水平破坏模式,而当荷载作用角度为45°时,竖向位移明显增加大于水平位移,三桩及单桩基础处于竖向破坏模式。当荷载作用角度为30°时,可认为其破坏模式处于水平与竖向之间的破坏模式。不同破坏模式下桩周土体裂缝呈现不同的形式,水平破坏模式下,受荷桩前土体裂缝分布范围窄而延伸远;竖向破坏模式下,受荷桩前土体裂缝分布范围宽延伸长度短。(4)利用有限元软件ABAQUS对长径比为7.5的单桩及组合三桩基础进行了静力斜拉荷载作用下的弹塑性模型分析,有限元分析结果同试验结果吻合较好。进一步针对不同桩间距和荷载作用点位置进行了数值模拟分析,结果表明:组合三桩基础随着桩间距的减小,其运动趋势逐渐趋近于单桩基础;组合三桩基础的斜拉承载力随着荷载作用点位置的变化呈抛物线分布,最佳荷载作用点位于(0.6~0.667)L处,验证了模型试验荷载作用点位置选取的合理性。(5)结合室内模型试验结果,利用极限平衡法对斜拉荷载作用下的单桩基础进行了理论分析,给出了单桩基础的破坏包络线,提出了单桩基础的极限斜拉承载力公式。提出了组合三桩基础的等效直径概念,将组合三桩基础的抗斜拉承载力计算转化为等效大直径单桩基础的计算,并提出了不同工况下组合三桩基础的破坏包络线图,获得了组合三桩基础的抗斜拉承载力公式,试验验证表明以上两个公式均具有较高的精确度。