自升式钻井平台作为一种海上可移动式钻井设备,可用于海上石油和天然气的勘探和开采,其中,作为自升式钻井平台的重要组成部分的桩腿,底部附有一个巨大的倒圆锥型的基础,即为“桩靴”,作用是减少桩腿在粘土内的贯入距离,承担海底对平台的支撑力,便于在海床中定位或增大基础与地基之间的滑动摩擦力,桩靴基础有效直径通常10-20 m,埋入海床土体的深度为2-3倍的桩靴直径,以获得足够的承载能力来保证作业过程中的安全性。迄今为止,有不少学者对均质土体以及非均质土体进行了大量的研究,但海洋岩土由于复杂的形成过程,呈现出空间变异的性质,其失效机理和承载力与均质土体以及非均质土体有很大的区别,尽管已经有学者基于小变形有限元分析探究单层粘土地基土体对桩靴基础的承载力与失效机理的影响,但小变形有限元方法难以模拟桩靴基础的连续贯入过程中土体的回流情况,因此本文结合耦合欧拉-拉格朗日的大变形随机有限元数值模拟和蒙特卡洛方法,研究粘土地基和砂覆粘土地基考虑粘性土体空间变异性时,桩靴基础的失效机理和承载力的变化。对于单层粘土地基,不排水抗剪强度变异系数与相关长度发生变化时,随机场呈现出明显的不同,进而导致桩靴基础失效机理差异和承载力的波动情况,因此激发抗剪强度系数对数概率密度的分布存在明显的差异,但根据失效概率计算出的激发抗剪强度系数特征值却具有一定的平稳性,在本研究中激发抗剪强度系数特征值的平稳性并未受到不排水抗剪强度变异系数与相关长度影响,因此,在工程应用中可采用该值进行设计以满足目标可靠度的要求,保证工程的经济安全性具有一定的实践意义。对于砂覆粘土地基,上部砂层土体强度较高,底部粘性土体强度降低,在贯入过程桩靴基础在砂层中达到峰值承载力后,易产生穿刺破坏,在考虑粘土层的空间变异性时,峰值深度基本不变,该深度处的下层粘土强度变异性对砂土内部的破坏机理影响不大,但下垫层粘土被不同程度地扰动,并在砂楔块下提供不同的阻力,对桩靴基础临界深度处的承载力影响较大,因此本文根据临界承载力的对数概率密度函数,结合失效概率和可靠度综合评估峰值承载力的可靠度水平。