海上风电桩基础主要为大直径单桩,海上风电在服役期间要承受风、波浪等长期水平循环荷载的作用,基础周围土体在循环荷载作用下其性状将发生变化演变,由土体性状变化引起的基础刚度的改变,进而影响上部支撑结构动力特性变化,造成风机产生累积变形,产生一定程度的倾斜,影响风机正常使用。因此开展海上风机单桩基础-地基-上部支撑结构为一体的整体动力特性研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文通过大型室内模型试验研究了砂土中海上风机大直径(开、闭口)单桩基础分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性,风机结构受循环荷载作用的动力特性,并通过开展动力三轴试验研究了砂土累积位移变化规律。主要工作和研究成果如下:(1)开展了干砂地基中大直径单桩沉桩和水平静力加载试验,研究开、闭口单桩沉桩过程中土塞和桩周土影响规律以及静力加载下桩身内力变化特性。结果显示:开口桩内土塞随着沉桩的进行,高度增长速率减慢,土塞高度约占沉桩高度的76.6%,开、闭口桩对桩周土影响范围约为7-8倍桩径,但开口桩在沉桩过程中对桩周土的影响范围小于闭口桩;在水平静力作用下,桩身弯矩、桩周土抗力、桩身位移随着加载力的增大而增大,弯矩最大值位置有下移的趋势;发现API规范建议的砂土中单桩p-y曲线初始刚度偏大,建议采用双曲线型p-y曲线来分析桩基的水平变形。(2)开展了干砂地基中海上风机大直径单桩基础水平循环加载模型试验,考虑了不同加载频率、循环荷载比以及桩端形式等因素对海上风机大直径单桩基础和结构水平动力特性的影响,从而深入分析干砂地基中大直径单桩基础和结构的循环受荷特性。结果显示:在循环加载过程中大直径单桩基础累积位移极值、桩身最大弯矩近似与循环次数的对数呈线性关系,大直径单桩承载特性受循环荷载作用出现一定程度的降低;海上风机支撑结构自振频率在循环荷载作用下整体呈现上升趋势,阻尼比在循环荷载作用下可产生50%的降幅,变化规律与自振频率大致相反;侧向循环荷载作用下海上风机自振频率会出现下降的情况,在进行海上风机设计时应该充分考虑该因素。(3)开展一系列饱和砂土的排水条件动力三轴试验,研究了围压、动应力比、偏应力对模型试验所用砂的循环累积变形特性的影响。结果显示:围压、动应力比、偏应力越大,砂土的循环累积变形越大;围压、静偏应力越大,动弹性模量相应增大,动弹性模量随着动应变的增大而减小,出现刚度软化现象。