吸力基础作为一种新型的海洋工程基础,其沉贯过程是吸力基础安装过程中的关键步骤,沉贯到位是基础正常提供承载力的前提。吸力基础的沉贯过程为,首先在自重作用下下沉,底部切入海床形成密闭空间,然后抽出密闭空间的水体,使吸力基础沉贯到预设位置。沉贯速率、土体密实程度、土体颗粒粒径和级配等诸多因素影响吸力基础沉贯时的侧摩阻力。本文采用GDS界面剪切仪,通过开展界面剪切试验研究了剪切速率、相对密实度、土体颗粒粒径和级配对饱和砂土-吸力基础的界面剪切特性的影响,得出了界面抗剪强度指标的变化规律和吸力基础沉贯时侧壁摩阻力的变化规律。另外,通过直剪试验得到了上述因素影响下的土体抗剪强度指标,得出了土体摩擦角和界面摩擦角的关系。本文的研究成果可为吸力基础的设计及施工提供借鉴。主要成果如下:(1)实际工程中吸力基础在砂土中的沉贯速率为0.17～0.12 cm/min,因此本文试验预设五种不同剪切速率,分别为0.05、0.1、0.5、1.0和1.2 cm/min。通过界面剪切试验和直剪试验,探究了不同剪切速率下饱和砂土-吸力基础界面抗剪强度、土体抗剪强度及其指标的变化规律。结果表明:随着剪切速率的减小,界面抗剪强度、界面摩擦角均增加。竖向压力为10～200 kPa下,剪切速率由1.2变化到1.0 cm/min时饱和细砂的界面抗剪强度的增加幅度最大,为9.8%～17.7%。界面摩擦角随剪切速率减小而增加,不同竖向压力下增加的幅度范围为5.1%～10.6%。不同竖向压力下,界面摩擦角与内摩擦角的比值范围为0.28～0.47。不同剪切速率下饱和细砂的界面摩擦系数为0.20～0.38。相同条件下,饱和粗砂的界面抗剪强度、界面摩擦角、界面摩擦系数均高于饱和细砂。颗粒的运动是造成界面抗剪强度变化和体积剪缩的主要原因,剪切初期颗粒的运动形式为翻滚、滑动,剪切后期颗粒基本排列稳定,颗粒的运动形式以滑动为主。吸力基础内、外壁摩阻力随沉贯深度的增加,呈指数形式增长,但内壁摩阻力小于外壁摩阻力。沉贯深度5 m处,各剪切速率下,细砂中吸力基础外壁摩阻力是1.58～1.72倍的内壁摩阻力,粗砂中吸力基础外壁摩阻力是1.94～2.21倍的内壁摩阻力。(2)土体密实程度对界面抗剪强度和土体抗剪强度有重要影响,本文试验设置了疏松(Dr=0.3)、中密(Dr=0.5)、密实(Dr=0.7、0.9和1)三种密实程度的土体,采用GDS界面剪切仪和直剪仪,分别开展了界面剪切试验和直剪试验。结果表明:不同密实程度的饱和砂土,在界面剪切时均发生应变软化现象。直剪试验发现,密实的砂土(Dr=0.7、0.9和1)出现应变软化现象,中密砂土(Dr=0.5)先发生应变软化,再发生应变硬化。松散的砂土(Dr=0.3)只发生应变硬化。不同密实程度的砂土剪切后期的土体强度相近。界面抗剪强度、土体抗剪强度均随着密实度的增加而提高。研究发现,界面摩擦角、内摩擦角、界面摩擦系数均随着相对密实度的增加而提高。竖向压力为10～200kPa时,Dr=1的砂土中吸力基础外壁摩阻力是Dr=0.3的砂土中相应摩阻力的1.26～1.38倍。(3)通过界面剪切试验和直剪试验探究了不同砂土粒径、级配对界面抗剪强度和土体抗剪强度的影响。结果表明:随着粒径的增大,界面抗剪强度、土体抗剪强度均提高。其中中值粒径D50由0.175 mm增加到0.376 mm时,界面抗剪强度和土体抗剪强度提高显著,竖向压力100 kPa时,二者提高幅度分别为110.9%、44.9%。界面摩擦角、内摩擦角、界面摩擦系数均随着粒径的增大而增加。D50由0.175 mm增加到0.376 mm时,界面摩擦角、内摩擦角增加的幅度最大,分别为70.4%和22.4%。界面摩擦系数的变化范围为0.17～0.6。级配不良砂的界面抗剪强度和土体抗剪强度均小于级配良好砂。级配良好砂的界面摩擦角和土体摩擦角分别是级配不良砂的1.14和1.1倍。相同深度处,吸力基础沉贯时内、外壁摩阻力随粒径的增大而增加。沉贯深度为2.5 m处,颗粒粒径由0.075～0.25 mm(细砂)增加到0.25～0.5 mm(中砂),内外壁摩阻力分别增加了 89%、117.6%。级配良好的砂土中吸力基础沉贯时内、外壁摩阻力大于级配不良的砂土中相应的摩阻力。