珊瑚岛礁上的钙质砂赋存于海洋动力环境中,具有易破碎、多孔隙、棱角突出等特点,表现出较高的压缩性。桩基础作为钙质砂地基中常用的基础形式,服役期间承担着上部构筑物恒载,同时还受到动力荷载作用。动力荷载作用影响着桩基承载性能和上部构筑物的稳定性,其核心问题是动荷载下桩-钙质砂的相互作用问题。研制了动静荷载桩-钙质砂相互作用试验系统,通过桩基模型试验分析了动力荷载下桩基沉降规律和承载性能。通过土工模拟试验分析了动荷载下桩周钙质砂动力响应特性,成桩过程中桩周钙质砂压缩变形特性,探究了渗流法无损定量描述桩周钙质砂颗粒破碎的方法和不同颗粒形状对桩端钙质砂密度和压缩性能的影响,内容及成果如下:基于相似理论进行设计,自主研制出动静荷载桩-砂相互作用试验系统。包括:桩基模型试验部分和桩周钙质砂土工模拟试验部分,前者可对模型桩施加动荷载,获取桩基沉降和承载力数据;后者可分析桩周钙质砂动力响应特性,试验系统设计合理、可施加多种类型荷载,操作简便。通过试验系统中的桩基模型试验装置,开展了动荷载下钙质砂单桩模型试验,分析不同动荷载比下的桩顶累积沉降、桩基承载力变化规律,揭示了典型动荷载作用下钙质砂单桩承载机理。发现不同动荷载比下,桩顶累积沉降形式有稳定型、渐进型、破坏型三种类型,并有显著的“门槛效应”。当加载次数达到“临界加载次数”时,桩顶累积沉降速率趋于平缓,据此建立了桩顶累积沉降预测公式。动力加载时,桩端与桩侧分担荷载比值处于动态变化,桩侧摩阻力随动力加载逐渐退化,发现了动力加载过程中存在的“累积损伤”效应,发现桩侧摩阻力弱化系数和加载次数之间满足Boltzmann函数关系。动力加载后施加静载,极限桩侧摩阻力降低,极限桩端阻力幅值随动荷载比增大而减小。通过试验系统中的土工模拟试验装置,开展了桩与桩周钙质砂（桩侧界面区、桩端核心区）动力响应特性试验,分析其压缩变形、颗粒破碎、桩侧界面区和桩端核心区钙质砂强度变化规律,揭示了桩端/桩侧钙质砂在动荷载作用下的响应机制。试验结论表明,动力加载时桩侧区域桩-砂界面强度会发生弱化,钙质砂发生剪缩现象,颗粒破碎明显。此时桩端核心区钙质砂压缩变形,也出现类似的“门槛现象”和“临界加载次数”。动力加载对桩-砂核心区强度具有弱化效应,桩周钙质砂动力响应与动荷载下桩基模型试验规律相吻合。开展了桩周钙质砂单颗粒动力加载试验,分析了颗粒形状、承压方向、动荷载比、加载次数对颗粒变形和强度规律的影响。经过动力加载后,颗粒呈现不同程度损伤,动荷载越大,颗粒强度降低幅度越大,颗粒破碎后各形状扁平度趋于一致。通过渗流法测定桩周钙质砂颗粒破碎效应,发现了桩周钙质砂因荷载增大而破碎程度加剧时,其渗透系数与颗粒级配变化、相对破碎率、孔隙比等指标具有相关性,利用渗流法进行桩周钙质砂颗粒破碎度量可行。拟合出钙质砂渗透系数与颗粒级配、荷载水平、相对破碎率的经验公式,预测结果良好,渗流法具有全面和无损的优点,可应用于工程中监测桩周钙质砂颗粒破碎。开展了成桩过程桩-钙质砂动力响应试验,分析了成桩过程中锤击能量、锤击次数对桩-砂界面和桩端核心区钙质砂压缩变形、颗粒级配、强度的影响。重点分析了施工荷载下钙质砂压缩变形、颗粒破碎规律,发现钙质砂对施工荷载十分敏感。研制动静荷载下桩端持力层钙质砂侧限压缩试验装置,探究了大量宽级配桩端钙质砂在典型动静荷载下的侧限压缩试验,发现荷载类型和幅值对钙质砂颗粒破碎影响显著,荷载导致桩端钙质砂颗粒级配、含砂量、颗粒形状等物理力学性质变化,如钙质砂颗粒级配和颗粒形状在一定冲击能范围内得到优化,据此提出钙质砂成桩施工的参考措施。采用图像分析和数理统计联合法,获得了典型的包粒状、树枝状、长条状纯净钙质砂试验材料,采用正交试验,分析了颗粒形状及含量对钙质砂密度值的影响。开展了不同幅值下钙质砂侧限压缩试验,发现三种颗粒形状钙质砂表现出不同的压缩性能和颗粒破碎规律。颗粒形状和含量对桩端钙质砂密度值、压缩性影响显著,工程建设中应予考虑。从岛礁的桩基持力层工程地质特点,动荷载桩基承载力计算,成桩工艺选择和方法,桩基运行监测和预测等四个方面,讨论了钙质砂桩基设计与施工关键措施,对试验结果的工程应用提供了建议。