大型(1/15)桩基支撑核安全壳层状地基振动台试验研究及抗震性能评估

针对非岩石地基核电站抗震设计难题，天津大学团队通过1/15比例桩基支撑核安全壳大型振动台试验，系统研究了SL-2级地震下结构响应。研究发现桩群基础较刚性基础可提升20%外环桩弯矩承载力，3D加载使混凝土峰值拉应变增加20%、加速度放大系数提高50%，为复杂地基核设施设计提供了重要实验依据。

　　

随着全球能源结构转型，核能作为低碳能源的重要性日益凸显。然而传统核电站多建于沿海基岩场地，当建设向软土地基扩展时，土-结构相互作用(Soil-Structure Interaction, SSI)带来的抗震难题亟待解决。特别是对于核安全壳这类关乎公共安全的特种结构，其在地震中的完整性要求远超普通建筑。现有研究多采用小比例模型或数值模拟，存在材料失真、尺度效应等局限，难以真实反映桩-土-核岛复杂体系的动力响应特性。

天津大学国家地震工程模拟设施团队创新性地构建了1/15大比例"华龙一号"核安全壳模型（直径2.96米，高5.38米），采用19根直径0.2米的桩基支撑于层状地基（0.75米砂层覆盖1.05米粉质黏土层）。通过施加峰值加速度0.1g-1.0g的RG1.60、安全评估波及集集波等地震动，首次系统揭示了超设计基准地震(SL-2)下桩基核安全壳的破坏机理。

关键技术包括：(1)开发5m×5m×2m大型层状剪切模型箱；(2)采用三向六自由度振动台加载系统；(3)基于动态相似律的缩尺模型设计；(4)多参数同步监测（加速度、位移、应变等）。

模型与设计参数
通过严格相似比设计（几何1/15，弹性模量1/3），采用微粒子混凝土精确模拟原型材料特性，桩基配置呈现内密外疏的"华龙一号"典型布局。

振动台系统
利用国内领先的150吨级地震模拟设施，实现三向同步加载（水平位移±0.50m，竖向±0.30m），覆盖0.1-60Hz频段。

结果与讨论
试验发现：(1)桩基使安全壳加速度响应降低15%-20%，但外环桩弯矩较内环高20%，呈现"外强内弱"的损伤模式；(2)3D加载工况下，混凝土峰值拉应变达1D工况的1.2倍，加速度放大系数激增50%；(3)安全壳在1.0g强震下仍保持结构完整，验证桩基在非岩石场地的可靠性。

结论
该研究突破传统小比例试验局限，证实桩基能有效协调层状地基与核岛结构的动力耦合作用。特别揭示空间地震动对核设施响应的放大效应（3D较1D工况响应显著增强），为新一代核电站抗震设计提供重要实验支撑。研究成果发表于《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》，对推动我国内陆核电建设具有重要工程指导价值。