核电厂建设选址已由沿海基岩场地逐渐开始向非基岩场地发展,在非基岩场地上建设核电站其基础的抗震性能是确保核电站地震安全的关键问题之一。针对非基岩场地核电站基础抗震问题,国家科技重大专项项目《多模块高温堆桩基及抗大飞机撞击分析研究》设置了“非基岩场地多模块高温堆核岛厂房桩基试验及分析”专项研究课题,本文在这一课题资助下采用大型地震模拟振动台试验设备开展了相关研究。针对核岛安全壳结构质量和刚度均较大的特点,开展了核电工程意义下的中软土、中硬土和硬土场地“土-桩基-核岛安全壳”模型体系的动力相互作用系列试验和数值模拟,研究了在不同场地条件下核岛桩基的动力反应规律及其地震破坏模式和机制,同时利用振动台试验研究了上部结构基础频率对于“土-桩基-上部结构”体系地震反应特征的影响,并重点分析了其对于桩身内力的影响。论文的主要的工作内容和研究成果如下:1)研究确定了“土-桩基-核岛”振动台试验方案,设计制作了振动台试验的核岛安全壳模型、三种基础频率的单自由度上部结构模型、群桩模型和三种不同剪切波速的地基土模型,对三种地基土的静、动力学参数进行了试验测定,利用振动台试验对核岛安全壳等试验模型的动力特性进行测试,测试结果表明所制作的试验模型能够满足试验方案的设计要求。2)在三种地基土模型中分别进行了“土-桩基”体系和“土-桩基-核岛”体系振动台模型试验,结合试验数据对比了体系的运动相互作用规律和惯性相互作用规律,试验结果表明对于核岛这类质量和刚度均较大的上部结构,桩土间的惯性相互作用占据了主导地位,且地基土越软惯性相互作用的影响越大。为深入研究不同基础频率上部结构的惯性相互作用特征,进行了三种基础频率上部结构的“中硬土-桩基-上部结构”体系振动台模型试验,试验结果表明当上部结构基础频率与“土-桩基”体系基础频率相接近时,土和桩间的惯性相互作用增强,桩顶处的内力增大,而当上部结构基础频率远离“土-桩基”体系基础频率时,土和桩间的惯性相互作用减弱,桩顶处的内力减小,且随着地震动幅值的增大,这种趋势更加明显。3)三种地基土模型振动台试验的宏观试验现象表明,核岛桩基模型的动力反应和破坏现象与桩周土的动力学特征密切相关,在0.4g地震动幅值输入下,中软土工况试验后桩基出现了严重破坏现象,中硬土工况试验后桩基仅出现了轻微-中等破坏现象,硬土工况在输入加速度幅值升至0.6g的情况下,试验后桩基仍未出现破坏现象。试验结束后开挖出桩基进行检查,发现桩基的主要破坏位置在基桩桩顶和承台连接处,破坏形式主要为剪切弯曲裂缝以及混凝土压溃,此外在中软土工况中外侧边桩桩身在距离桩顶5-7倍桩径深度处发生折断。结合对试验数据的分析对比,说明提升地基土的硬度可以有效提高核岛桩基的抗震性能,同时在软土地基中应重点针对基桩的桩顶以及距离桩顶5-7倍深度范围内的桩身等部位进行抗震加固。4)采用有限元计算方法建立了“中软土-群桩-核岛”振动台试验模型的数值分析模型并进行了相应的数值计算,数值计算结果与试验结果规律基本吻合,验证了数值计算建模和计算的合理性,表明可以利用有限元数值模拟方法对多工况的“土-桩基-核岛”体系地震反应分析进行数值模拟,为核岛桩基抗震设计提供理论依据。