1995年的阪神地震中地下结构遭受了严重破坏,人们开始对地下结构的地震响应特征、抗震性能开展深入研究。本文以妈湾海底隧道为工程背景,开展复杂地层下隧道横向地震响应振动台模型试验方案优化研究。本文首先对地下结构震害特点进行了归纳总结,然后对土-地下结构相互作用体系振动台试验研究的研究现状进行了回顾。根据本次试验目的并结合试验条件,确定本次试验几何相似比为1/50,模型箱采用层叠剪切箱,采用碎石、砂和粘土模拟隧道穿越上软下硬土层,通过数值模拟验证了将复杂地层简化成三层土体是合理的。采用硅胶材料制作隧道模型,同时,根据对隧道地震反应分析的数值模拟结果,对传感器的选择及其布置方案进行了分析。最后,对台面输入地震动的选取及其加载制度进行了具体的阐述。本文结合通用有限元软件ABAQUS,土体采用等效线性模型,衬砌材料采用线性模型,采用刚性基岩边界条件,并考虑土体和结构的接触,建立了隧道地震响应分析模型。首先给出了不同地震波下土体竖向和地表水平加速度时程。结果表明,竖向加速度峰值会随着土层从底部到地表的过程中逐渐增大,在土层软硬交界处,土层加速度峰值会发生突变;水平向加速度峰值整体上趋于稳定。然后给出了隧道监测点处应变时程,结果表明,应变最大值出现在拱顶和仰拱附近,最小值出现在拱腰45°范围内,同时可以发现,软土中的地震放大效应大于硬土中的放大效应,在软硬土层交界的地方应变会发生变化。本文模型可以用于复杂场地中地下结构的抗震分析,对后续类似试验开展具有借鉴作用。