核电是我国经济与能源可持续发展战略中的重要一环，然而核电厂一旦发生核泄漏事故，其后果不堪设想，对人类生命安全及生存环境会造成灾难性影响。美国9.11事件及日本福岛核电事故后，各国更加重视核电厂在运行服役期内可能遭受的超设计基准事件的威胁。我国也相继出台相应的法律规范，要求核电厂必须考虑大型商用飞机的恶意撞击问题，同时在超设计基准自然灾害事件发生时必须提供适当的裕量。因此，研究超设计基准荷载作用下核岛厂房动力响应特性及损伤机理，探究相应的优化与加固措施是核电工程防灾减灾的重要内容。
　　针对核电厂在全寿命周期内可能遭遇到的飞机恶意撞击及超设计基准地震等极端荷载，本文系统而详细地开展了大型商用飞机撞击核岛屏蔽厂房的损伤演化析，撞击过程中厂房内部结构的振动响应，覆盖层地基与桩基加固中核岛厂房的地震动力响应特性，超设计基准地震作用下的桩基破坏及加固措施等方面的研究工作，并得到了具有科学研究价值与实际工程应用意义的研究成果。本文的主要工作和创新如下:
　　(1)在结合比例边界有限元方法(Scaled Boundary Finite Element Method，SBFEM)及八分树(Octree)网格离散技术的基础上，提出并验证了结构化网格与八分树网格组合粘接的精细化建模技术。组合粘接技术克服了原有方法在离散圆形结构与细长构件时的不足，进而建立了飞机撞击问题中包括反应堆厂房内部结构的计算模型，以及极端地震问题中核岛厂房-群桩-覆盖层地基的计算模型。结果表明，该技术具有极强的网格离散和计算能力，所建立的模型单元质高量少，且对模型修改有极高的适应性，与传统的前处理方案相比，效率可提高几十倍。
　　(2)开展了屏蔽厂房在大型商用客机恶意撞击下的损伤演化分析。综合考虑了撞击区网格尺寸、撞击区形状、撞击高度、屏蔽厂房基础结构及土-结构相互作用(Soil-Structure Interaction，SSI)等因素的影响。结果表明，撞击区域采用飞机实际投影面积可以保证结构变形和塑性损伤演化的准确性，发现简体与锥形穹顶交界处为不利的撞击位置，非岩性地基与岩性地基结果相差达到了30％左右，不可忽略SSI效应对损伤结果的影响。
　　(3)研究了在大型商用客机撞击过程中核岛厂房内部结构的振动响应规律。揭示了地基-结构相互作用在撞击过程中对核岛厂房内部结构动力响应的影响及原因，并结合相应的评价标准进行了安全评估。结果表明，分析AP1000核岛厂房内部结构响应时，必须要考虑地基与结构相互作用，同时厂房内部关键点处的加速度响应谱谱值超出相关建议的安全范围。
　　(4)建议了地震作用下考虑不同地基类型和桩基效应的地基截取范。结合非线性地震波动输入方法，并充分考虑了SSI效应，分别确定了岩性地基、覆盖层地基和桩基加固方案中地基的合理截断范围，并探究了地震作用下结构-地基相互作用及桩-土相互作用效应对核岛厂房动力响应的影响。结果表明，和现有规范相比增加地基分类，在满足工程计算精度的要求下显著减少了自由度数量，为使规范更加经济、高效提供了建议。
　　(5)研究了核岛厂房-桩基-覆盖土层体系在地震激励下非线性动力响应特性。系统分析了桩单元类型、桩-土接触效应、不同地基深度、人工边界类型以及土体泊松比等因素对核岛厂房动力响应规律的影响。结果表明，桩-土接触非线性效应对桩基内力分布有显著的影响，覆盖层地基中竖向楼层谱随泊松比变化发生了显著的改变，桩基加固后，以嵌岩桩承受了主要的竖向荷载，动力响应对土体泊松比的变化不再敏感。
　　(6)研究了超设计基准地震动作用下核岛厂房桩基的损伤破坏模式及机理。结合广义塑性模型考虑土的动力强非线性、塑性损伤模型模拟桩基的损伤破坏，实现了在超设计基准地震作用下桩基的损伤破坏演化过程的模拟，阐明了厂房楼层谱在桩基发生损伤破坏后的变化规律，并建议了针对性的抗震设计方案。研究表明，结果准确合理的描述了桩基在地震中的损伤破坏演化过程及规律，桩基在发生损伤破坏后楼层谱值峰值频率从较高段（3Hz～4Hz左右）移动到较低频段(1Hz～2Hz左右)，且峰值响应在较高频段下降而在较低频段增加。