近年来,油气的开采和利用已经成为了世界各国关注的重点,自升式海洋平台已广泛应用于油气的勘探开采工作。但由于海洋地基土壤的复杂性,插桩工作存在着穿刺破坏发生的风险。因此提出一种缓解穿刺破坏风险的新型裙式桩靴基础,并建立可靠的数值模型准确预测桩靴的竖向承载特性,是避免平台发生灾难性破坏,得以正常工作的关键。本文采用了耦合欧拉—拉格朗日算法(CEL)的三维大变形有限元方法对桩靴插桩进程进行了仿真,并对裙式桩靴在不同黏土地基中的贯入特性以及土体流动机理等进行了阐述。(1)分析裙式桩靴基础在单层黏土中的贯入过程。首先,通过构建传统桩靴基础在单层黏土中贯入的数值模型,将计算结果和前人的离心实验数值加以比较,检验了模拟的准确性。之后基于验证模型,重新构建裙式桩靴在单层黏土中的贯入数值模型,并对不同长度的裙板表现做出了分析。在本文考虑裙长范围内,随着裙长的增大,贯入阻力没有表现出明显的增长趋势。最后使用FORTRAN语言编译的用户子程序对有限元软件完成了再次开发,分析了土体软化效应和速率效应对贯入阻力的影响。由上述分析结论可以得出,考虑土体应变率效应与应变软化效应的综合因素,可以使土壤特性更贴近于实际工程,为单层黏土地基中裙式桩靴基础承载力的计算给予一定参考作用。(2)分析裙式基础在上硬下软双层黏土中的贯入过程。首先,建立传统纺锤形桩靴基础在双层黏土地基中的数值模型。使用NUS(The National University of Singapore)软化模型对土体结构衰减软化机制开展讨论,证明了应变软化效应在上硬下软黏土地基中桩靴贯入阻力的讨论中是不可忽略的。其次对弱结构性的软黏土,采用UWA(The University of Western Australia)软化模型,对应变软化与应变速率综合作用的土体中不同裙板尺寸的裙式桩靴贯入表现做了比较研究。并与传统纺锤形桩靴的贯入结果进行对比,结果证明裙式桩靴可以作为有效缓解穿刺破坏的方式之一。而随着裙板长度的增加,它所对应的峰值阻力呈现降低趋势。最后分析了上层土厚、上下层土体强度比对贯入阻力的影响。由分析结果可知,上下层土体强度比不变时,上层土越薄,对应峰值阻力呈下降趋势,但对穿刺破坏的缓解程度增大;上层土厚不变时,上下层土体强度比越小,对应峰值阻力呈增大趋势,对穿刺破坏的缓解程度增大。(3)基于数值模拟计算结果与前人离心试验数据,提取其中峰值阻力、层界面阻力以及深层承载力系数,通过大量数据的整理及拟合,针对双层黏土地基中的桩靴贯入过程,提出一组适合预测裙式桩靴基础贯入阻力剖面的简便计算公式,为实际工程的初步设计提供一定参考作用。