近年来，海上风电迅速成为重点发展的能源形式之一。筒型基础凭借其成本低、工期短且对地基扰动相对较小的优势，已成为中国海上风电的重要基础形式之一。竖向承载力验算是海上风电基础稳定性校核的首要环节，筒型基础通常自重较大且长期承受海洋平台结构自重及一定程度的竖向荷载作用，因此了解其地基竖向承载特性对于实际工程设计而言十分重要。
针对筒型基础地基竖向承载力的研究较多，已有较多国内外的学者运用试验以及数值模拟等方式进行研究。Houlsby等[1]和Byrne等[2]在21世纪初期探讨了传统的吸力筒型基础作为海上风电基础的应用前景。Fu等[3]、Gourvenec等[4-5]、Chen等[6]、刘梅梅等[7]通过开展一系列室内模型试验及离心模型试验，得到了筒型基础的竖向承载模式、承载力p-s曲线、基础各部分载荷分担情况及筒内外土压力分布情况。Hung等[8]、Vulpe[9]、Mehravar等[10]、Mana等[11]基于大量有限元数值模拟，讨论了多种因素对地基竖向承载力的影响，得到了相关规律及半经验计算公式。然而由于筒型基础筒-土相互作用的特殊性，其地基竖向承载力的理论计算一直未能完全解决。
现有的筒型基础地基竖向承载力计算方法大多是利用极限分析上限法推导，但该方法得到计算结果往往高于地基承载力的真值，在工程应用中因偏于危险而无法推广。极限分析下限法从理论上更符合工程设计中“安全”概念，但传统方式构建容许应力场困难且具有主观性，导致下限法运用范围受限。直到1988年Sloan[12]提出了适用于平面应变问题的有限元极限分析下限法，为极限分析下限法的应用提供了全新的思路，极大推动了其在岩土工程中的发展与应用。
由于筒型基础相互作用的特殊性，对于筒型基础的有限元极限分析下限法鲜有学者涉足，本文将筒土相互作用转化为筒土间摩擦的不等式约束条件，建立了筒型基础地基竖向承载力的下限解求解程序。利用离心模型试验结果验证了本方法的正确性，在此基础上分析了土体强度不均匀性、筒型基础长径比及筒外壁-土间摩擦对筒型基础地基竖向承载力的影响，提出了综合考虑以上因素的筒型基础地基竖向承载力计算公式。
本文针对黏性土地基上筒型基础地基竖向承载力问题，采用轴对称有限元极限分析下限法进行分析，主要得到以下4点结论。
（1）将筒型基础简化为轴对称模型并考虑筒-土间摩擦，求得了筒型基础地基竖向承载力下限解，并对计算结果进行了离心模型试验验证。
（2）在饱和黏土地基中，筒型基础地基竖向承载力系数随土体强度不均匀系数的增大而减小，随筒型基础长径比增长而增长，并给出了拟合公式。
（3）土体抗力和侧摩阻力是筒型基础主要承力部位，随长径比的增加或土体强度不均匀性的降低，土体抗力对承载力贡献率逐渐下降，侧壁摩阻贡献逐渐增长。
（4）对于长径比小于1的筒型基础，筒外壁-土间侧摩阻力随深度呈现先增大后减小趋势；对于长径比大于1的筒型基础筒顶下0.5D范围内外壁侧摩阻发挥较高，而后随深度增加而逐渐降低至近筒端处趋于0。
