随着城市化进程的推进,地铁建设迅速发展,其安全性能受到广泛关注。在最近的几次严重地震事件中（如1995年的神户地震、1999年的科贾埃利地震、1999年的集集地震和2008年的汶川地震）,结构的严重破坏引起学者们的广泛关注,地震地区的地铁的抗震设计变得尤为重要。地铁通常是在一组既存的结构下面或附近建造的。在地震作用下,地表结构、土壤和地铁车站三者之间存在着复杂的相互作用。这种相互作用会改变地震波传播的波场,对地铁车站的地震行为产生影响,特别是在埋深较低时,土拱作用较弱,浅层地下结构容易受到地震动的影响。这些相互作用统称为结构-土体-结构相互作用（SSSI）。由于相邻地面结构的存在,地铁的地震反应分析变得非常困难。目前的研究大多集中在二维或频域,对考虑土体非线性的三维模型研究的还不够深入。三维模型能更准确的反映空间分布复杂的复杂结构体系的特征,而土体非线性对结构体系的抗震性也有不可忽略的影响。因此,有必要对考虑土体非线性的三维模型的SSSI体系做进一步研究。本文以实际工程为背景,采用振动台试验和数值模拟研究方法,首先通过试验验证数值建模的可靠性,然后通过验证过的数值模型进行对比分析,揭示了不同工况下隧道、桥桩峰值加速度与内力的变化规律,对地震作用下隧道-土-桥桩结构体系相互作用规律进行了初步的研究。研究表明:1.试验和数值模拟的对比分析:1)通过对振动台试验与数值模拟的结果进行对比,发现桥桩结构-土体-隧道结构的建模方法是可行的。2)各测点记录的结构应变、土压力时程曲线在振动停止后并不能归零,造成这一现象的主要原因是隧道、桥桩结构周围的土体在动力荷载作用下发生了永久变形从而使振动结束后结构产生了附加地震应变、土压力。2.桥桩-土-隧道动力相互作用规律探究:1)桥桩会降低侧穿隧道的峰值加速度,且主要降低的区域位于隧道拱顶与拱底,其中拱底受桥桩的影响较拱顶更为显著;而隧道的存在会增大临近隧道的峰值加速度,放大区域主要集中在隧道拱腰处。另一方面,隧道的存在会放大桩土交界面附近桥桩的峰值加速度,但在桥身对应于隧道拱顶、拱腰两个位置处的峰值加速度则会由于隧道的存在而减小。2)桥桩会显著增大隧道对应于桥桩1/4～1倍半径范围内的剪力,相应的放大隧道对应于桥桩0～1/5半径范围内的弯矩;而隧道则会降低临近其他隧道的剪力与弯矩。另一方面,隧道的存在会放大桥桩的剪力,显著增大桩土交界面处桥桩的弯矩。3)结构激振方向的剪力与弯矩随时间的变化趋势与输入的地震动加速度时程相一致,二者在同一时刻达到峰值,且该方向的剪力,弯矩会随时间产生方向交替更迭的现象。上述结论中桥桩、隧道受影响的部位、范围均是以大连市隧道近距离侧穿桥桩实际工程背景为前提,可以为以后其他类似工况提供参考,也可为后续的参数分析做准备。根据本研究的结果,隧道、土、桥桩之间存在着复杂且不可忽略的动力相互作用。因此,在进行结构设计之前,有必要对这个复杂系统建立三维精细化模型并进行计算。上述分析可为地下结构抗震设计和判断该体系中动力与内力的最不利分布提供参考。该论文有图64幅,表10个,参考文献120篇。