近年来我国核电厂建设包括选址、设计和建造都处于高速发展时期,在引进消化吸收美国AP1000技术的基础上,开发的具有自主知识产权的“升级版”CAP1400,大型先进压水堆和高温气冷堆也处于研究的攻攻关时期。新版AP1000作为标准化的商业核反应堆,其核岛设计总体上相对非常保守。由于考虑到在AP1000核电厂建设不断推进中,可候选的基岩场地越来越稀缺,新版AP1000将设计地基从基岩场地拓宽至土层场地,包括:基岩场地(HR)、硬质基岩场地(FR)、软岩石场地(SR)、风化岩石场地(SMS-UB)、坚硬土层场地(SMS)和软土场地(SS)等6类场地,各类场地参数是基于美国若干核电厂厂址调查后确定的。由于场地条件对地震动的传播有较强的影响,即场地条件对地震动有很强的放大和缩小的作用。随着AP1000和CAP1400标准设计核电厂结构的日益增加以及基岩厂址的稀缺,势必遇到选择非基岩厂址的情况,由此带来的一系列场地适应性问题,使得研究标准设计地震动参数对非基岩场地核电厂的适用性问题和非基岩场地设计地震动参数的确定成为必须,从而为进一步完善我国核电厂工程地震安全性评价以及抗震设计安全要求提供理论依据。土-结构动力相互作用是核电厂结构抗震设计与安全分析中需要考虑的重要影响因素之一。对于非基岩场地的地基土,由于结构物基础面的运动受到地基土-结构动力相互作用的影响,与自由场运动会有显著差别,因此在设计中必须考虑这一影响。为研究CAP1400核电厂结构在非基岩场地条件的适用性,本文对地基土-核电厂结构体系在地震荷载作用下的动力反应特性开展了较为系统的试验研究和数值模拟,获得了一些对实际工程有参考价值的结果。本文开展的主要研究工作及取得的研究成果如下:1、在总结国内外研制振动台试验模型土箱的基础上,研制了三维层状剪切模型箱,介绍了该模型箱结构设计安装过程和工作原理,并进行了自由场地振动台模型试验,采用“谱比法”进行评定和量化了三维层状剪切模型箱的边界效应。2、按照一致相似原理,考虑试验用振动台台面尺寸和容许最大的试验荷载,探讨了非基岩场地核岛结构振动台模拟试验方案和技术。主要包括核岛结构模型规模的确定及试验相似比设计、模型土和核岛结构模型的制作、模型材料性能测试、试验输入地震动的选择及加载制度、各类传感器的选择及布置等。3、开展了在不同强度地震动激励作用下地基土-核电厂结构体系地震反应的振动台模型试验,总结了核电厂结构耦合体系在不同方[向上地震反应规律,主要分析了模型地基、核电厂结构的加速度反应以及其应变,并分析了模型地基与核电厂结构间的动力相互作用,以及二者间接触面上的动土压力变化情况。4、进行了不同特性的地震动输入条件下非基岩场地核电厂结构耦合体系的三维地震反应特征分析。在模型场地和模型结构一致而输入地震动特性不同的条件下,对耦合体系进行动力反应分析得到结构响应加速度时程,然后通过傅里叶变换而得到的加速度反应谱,进而研究它们的特征及其与输入的地震动参数及结构特性之间的关系,为相关的研究及非基岩场地核电厂抗震设计提供基础和参考依据。5、进行了非基岩场地核电厂结构耦合体系地震动响应的数值模拟研究。采用大型有限元软件ABAQUS对CAP1400核岛结构进行建模,分析了非基岩场地条件下场地和结构动力特性。以AP1000设计反应谱人工地震动作为地震反应分析的输入地震动,进行时程分析。验证了在安全停堆地震动(SSE)情况下,非基岩场地核电厂在场地的适用性和结构抗震设计的安全性。