海洋建筑物下覆地基往往由软黏土、可液化粉土与砂土等不良工程土壤组成,在对地基土的力学特性没有深入了解的情况下进行工程建设,将会造成地基的失稳破坏。然而,海洋建筑物下地基内各个部位土单元的应力状态是各不相同的,沿着某一潜在滑动面,各点的初始主应力方向随其位置而改变。处于不同部位的土单元在遭受以主应力方向旋转变化为主要特征的波浪荷载作用时,受力状况极为复杂。作为海床与海洋建筑物地基稳定性评价中的一个基本而重要的问题,探讨复杂应力条件下海洋土的工程特性,对于指导波浪荷载作用下海床稳定性分析,以及实际工程的设计和施工,具有重要的理论价值和实际工程意义。本文结合国家自然科学基金重点项目“海洋土的工程特性及其地基的变形机理研究”(NO.50639010)和国家自然科学基金项目“复杂应力状态下土的本构模型及其在海床动力学中的应用”(NO.50179006),利用先进的“土工静力—动力液压三轴—扭转多功能剪切仪”,针对长江口原状与重塑饱和海洋软黏土、黄河三角洲地区原状饱和海洋软黏土与粉土开展了一系列复杂应力条件下的试验研究。主要研究内容和成果如下：(1)对重塑饱和软黏土的制样方法进行了改进。改进的黏土制样方法具有操作简便、制样时间缩短等优点,所制备试样含水率更加均一、饱和程度更高。对原状土的制样方法进行了探索。在制样的过程中最大限度地减小了对试样的扰动,采取有效的饱和方法来进一步提高土样的饱和度。(2)针对取自于长江口的原状饱和淤泥质海洋软黏土,在不固结不排水条件下,分别进行了动三轴、45°线耦合以及圆耦合等多种复杂循环剪切试验及循环荷载作用后静三轴试验。结果表明,随着循环次数的增加,三种不同模式循环荷载作用产生的应变、孔压增量以及循环荷载作用后土的静强度衰减程度差异均变得越来越明显。分别定义了广义综合剪应变及综合孔压增量比,并建议了循环荷载作用后静强度与广义综合剪应变、综合孔压增量比的关系。(3)采用单一试样上应力控制方式分级施加循环荷载的不排水循环剪切试验,利用归一化残余循环超孔压与循环应力比的关系曲线,分别确定出土的门槛循环应力比与临界循环应力比。利用该方法,分别研究了初始大主应力方向角、初始偏应力比、初始中主应力系数以及循环剪切应力模式等因素对门槛循环应力比与临界循环应力比的影响。研究结果表明,门槛循环应力比与临界循环应力比均随着初始大主应力方向角与初始偏应力比的增大而明显减小；初始中主应力系数对二者影响并不明显。此外,研究表明循环剪切应力模式对门槛循环应力比与临界循环应力比具有显著影响。(4)在三向非均等固结状态下,在不排水条件下针对取自于长江口的原状饱和海洋软黏土分别进行了轴向和扭转双向耦合循环剪切以及循环扭剪试验。分别研究了复杂初始固结应力条件以及主应力轴连续旋转效应对刚度软化的影响。在试验的基础上,建立了一个合理反映刚度软化的数学模型并确定了相关参数。运用Ramberg-Osgood模型来描述初始加载骨干曲线,通过引入本文所建立的刚度软化的数学模型对Iwan模型进行修正,结合Masing准则对复杂应力条件下软黏土动应力-应变关系进行了描述。(5)进行了一系列均等固结条件下的应力控制式轴向-扭转双向耦合循环剪切试验,着重探讨了循环荷载分量比与超固结比对重塑饱和海洋黏土孔压、动应力-应变关系以及动强度特性的影响。试验结果表明,对应不同的循环荷载分量比与超固结比,孔压与动应力-应变关系呈现出不同的规律性。随着循环荷载分量比的降低,破坏循环次数先增大后减小。随着超固结比的增大,饱和软黏土的强度变化逐渐减小。(6)针对取自于黄河三角洲地区的原状饱和海洋软黏土,着重探讨了初始大主应力方向角、循环荷载分量比以及循环应力水平对饱和海洋黏土孔压、变形以及强度特性的影响。试验结果表明,初始大主应力方向角对双向耦合剪切下孔压特性影响显著,随着角度的增大,残余孔压发展水平升高,同时波动孔压幅值也在增大。随着循环应力比的增大,波动孔压幅值与残余孔压均在增大,但高应力水平与低应力水平下孔压发展存在较大差异。针对不同初始大主应力方向角和循环应力比,残余孔压比-循环次数比、广义综合剪应变-循环次数比、残余孔压比-广义综合剪应变以及残余轴向应变比-循环次数比关系曲线表现出来的差异性均十分明显。试验数据经归一化处理后,不同循环荷载分量比对应的上述关系曲线集中在一个狭窄的条带内,归一化效果较好。随着初始大主应力方向角的增大,动强度逐渐降低。对于双向耦合剪切而言,循环应力路径接近于圆时,强度最高。动强度曲线显示,循环应力比与循环剪切破坏次数的对数基本呈直线关系。(7)研究了初始大主应力方向角以及初始中主应力系数对黄河三角洲地区原状饱和海洋粉土单调与循环剪切特性的影响。研究结果表明,初始大主应力方向角与初始中主应力系数对于单调剪切过程中的孔压、轴向应变以及广义剪应变的发展具有显著影响。对于不同的初始大主应力方向角与初始中主应力系数,应力-应变关系均表现出硬化特征,在单调剪切过程中均经历了从剪缩到剪胀状态(相变状态)的过渡。静剪切强度随着初始大主应力方向角的增大而降低,随着初始中主应力系数的增大先降低后增大。初始中主应力系数对于循环孔压的影响并不明显。初始中主应力系数对于轴向残余应变、循环剪应变以及动强度具有显著影响。