海洋能源与资源的开发要求在海上建设大量的浮式结构,并由锚泊线和锚泊基础组成的锚泊系统进行定位。在锚泊系统的安装与服役性能研究中,涉及到海洋工程与岩土工程的交叉领域。锚泊基础与海床之间的相互作用,以及锚泊线与海床的动接触关系,涉及到锚泊系统从安装到服役期的整个过程,不仅决定了锚泊系统自身的承载性能,也影响了锚泊系统对于浮式结构物的定位性能,具有重要的科学意义和研究价值。本文围绕以上问题展开了研究分析,具体的工作包括了以下内容:1.建立了锚泊线的整体动力形态分析模型,包括土中埋置段锚泊线与海床土的相互作用,适用于粘土海床与砂土海床。模拟了锚泊线单向运动的预张工况以及循环运动的服役工况下锚泊线的形态和张力变化。分析了锚泊线在动荷载下循环切入海床效应的机制以及其对锚泊线形态和张力的影响。2.基于锚体在海床中的渐进贯入理论建立了拖曳贯入锚安装的准静态整体分析模型,考虑锚泊线的实时形态发展对锚体在海床内的贯入轨迹的影响。模型中包含了锚体、安装船以及整体锚泊线,并应用此模型比较了两种安装方式(船动安装和收链安装)的效果;分析了不同的锚泊线长度或者安装半径、锚泊线类型、锚胫-锚板夹角、海床灵敏度和强度梯度以及海水流速对于拖曳锚安装效果的影响。3.针对服役阶段的吸力式桶形基础的短期上拔承载性能进行数值分析,选用了 Mohr-Coulomb模型以及基于临界状态土力学的边界面模型进行对比分析,通过一系列的排水和不排水三轴和单剪试验对本构模型参数进行标定,准确模拟密实砂土在不同应力状态下的的应力应变关系以及剪胀特性。建立了吸力式桶形基础在砂土海床内受到不同速率竖向上拔位移的数值模型,针对不同排水状态以及应力状态对静承载响应的影响进行了比较。4.为了评估长期小风浪引起的循环上拔作用下,吸力式桶形基础周围的孔压响应和承载力弱化,基于多孔介质海床理论建立桶形基础受竖向循环荷载的模型,研究了振荡孔压和残余孔压在基础周围的分布和发展趋势,在此基础上评估了残余孔压引起的桶壁摩擦力的衰减。5.以南海某半潜式平台为例开展了浮式结构物-锚泊线-锚泊基础的整体设计分析。通过平台和锚泊系统的耦合计算得到其运动特征,并基于锚泊线动力分析分析其形态和张力,得到锚眼处的张力和提升角;基于海床土的工程特性,考虑锚泊线形态变化对锚泊基础承载性能的影响。