地震中,当体波到达地表或者岩层界面时,会产生沿表面传播且幅值很大的波,称为面波。Rayleigh波作为地震中产生的主要面波,一般携带着大部分地震能量,其质点沿椭圆轨迹运动,往往会对建筑结构基础产生较大的破坏,是地震学中主要的研究对象;且由于其在层状地基中的弥散特性,也在地质学探测中应用广泛。近年来,世界范围内经济的蓬勃发展与能源短缺现状之间的矛盾日益加深,海洋中丰富的能源成为解决这一矛盾的重要途径,而诸如海上风机等海上能源开采平台也得到了大规模建设。钢管桩由于其在抗弯性能、单桩承载力、施工进度、成本、便于运输等方面的优势,成为海上能源开采平台建设中的主要基础形式。目前,国内外针对Rayleigh波弥散性的研究成果较为丰富,而对其引起的自由场尤其是模拟海洋环境的上覆流体层自由场中动力响应研究则鲜有耳闻,且针对自由场中管桩基础的动力响应存在一定的空白;另外,由于管桩中空的特性和风机系统的复杂性,又加深了海上桩承风机动力响应研究的难度。鉴于此,本文针对R波作用下海洋基础中海上桩承风机的水平动力响应展开研究,主要研究内容如下:1.基于有限元-解析法,将上覆土层和流体层离散为二维杆系单元,根据四节点单元刚度矩阵以及海床面竖向位移连续性条件,建立了体系的整体刚度矩阵及质量矩阵;接着引入势函数求得了底层半空间土表面结点力和结点位移关系,并与杆系单元的振动方程耦合,通过将波数-相速度(k-c)域内的Rayleigh波弥散特征方程转化为二次特征值问题,求得了流体-层状地基中Rayleigh波多阶模态的频散特性及自由场动力响应。2.基于饱和土Biot动力连续方程和理想流体动力方程,研究了上覆流体的饱和土地基在R波作用下的水平动力响应。计算过程中,在矢量形式的Biot波动方程中引入势函数,利用算子矩阵计算求解饱和土中剪切波与两种压缩波的波速,并引入求解耦合两种压缩波的饱和土势函数的表达形式;结合流体层与饱和土层分界面连续性条件,得出上覆流体层的半空间饱和土R波特征方程,并求解分析所引起的自由场水平动力响应。3.基于柱坐标系下的弹性介质动力特征方程与饱和多孔介质的Biot波动方程,采用Novak薄层法研究思路,忽略地震波引起的自由场水平位移随深度方向的变化和自由场竖向位移,结合桩土间连续性条件和自由场边界约束,求解单相弹性介质与饱和介质中地震波作用下桩周土与桩芯土的桩土动力阻抗。4.建立海上桩承风机计算模型,根据桩承风机所处介质不同,将桩承风机系统分段计算。求解变截面塔筒和浸入流体段管桩的桩身水平动力响应方程;结合R波引起的自由场水平响应与桩周土、桩芯土水平动阻抗,分别建立埋入层状介质和饱和土中管桩的微分振动方程并求解。将上部风机简化为质量块,结合变截面塔筒、浸入桩和埋入桩交界面连续性条件,求解得出嵌岩海上桩承风机在R波作用下的水平动力响应。