本文以日本某高速公路两段地下开挖隧道为研究对象，分别对处于土层刚性差异较大的封闭式隧道结构和处于软弱冲击粘性土的开放式隧道结构建立有限元模型，利用大型有限元分析软件TDAPⅢ，采用反应加速度法和时程分析法对土（平面应变单元）-结构（梁单元）的整体二维有限元模型进行大地震作用下的非线性分析，通过对有限元模型地震反应结果的对比分析，验证了反应加速度法这样的静力分析方法的适用范围，并分析比较土的等价刚性和R-O非线性模型对地下结构的动力反应的影响。主要工作和成果如下：一、相关理论和分析方法的研究。通过对比抗震分析方法的优劣，包括静力和动力分析方法，选择反应加速度法和动力时程分析法作为本文的抗震分析方法。二、建立隧道横断面二维有限元模型。利用大型有限元分析软件TDAPⅢ，在考虑结构材料非线性的基础上，确定土层范围并根据结构特性建立土（平面应变单元）-结构（梁单元）的整体有限元模型。介绍了地震波特性、阻尼比的设定等。三、基于土的等价线性，分别采用反应加速度法和时程分析法对封闭式双层两跨隧道结构的横断面二维有限元模型进行抗震分析计算，通过对土层、结构的相对变形和结构单元的弯曲、剪力校核以及结构端部单元的弯矩-曲率曲线对比分析。得出：在土层刚性差异较大，地震作用下沿深度方向土层剪切应变或相对变形极小的情况下，反应加速度法这样的静力分析法作为结构的抗震分析方法是能够满足结构的设计要求和安全保障。四、基于土的等价线性和R-O非线性模型，采用动力时程分析法对开放式单层双跨隧道结构的横断面二维有限元模型进行抗震分析，通过土层、结构的相对变形和结构单元的弯曲、剪力校核以及关键位置单元弯矩-曲率滞回曲线的对比分析，总结出：基于土等价线性的动力分析是采用Rayleigh阻尼来评价模型整体阻尼，不能充分反应土层在强震下的非线性耗能能力，同时土层刚度即使在相当大的应变下也始终不变，这就造成了结构反应偏大，在有些情况下甚至无法满足设计要求。而采用土层非线性模型，可直接地考虑土层在强震作用下的非线性履历耗能，同时在大应变情况下土层刚性降低，即使在同等程度下的应变和相对变形的情况下，也可降低土层对结构的作用，从而降低结构的反应。