地下结构,尤其是隧道、地下综合管廊、地铁车站,是现代社会公共基础设施的重要组成部分,但地下结构形势复杂,空间尺度大,安全隐患不易发现且检修维护困难,尤其是沿海沿江地区土质软弱,大中城市地面建筑密集,地下管线系统错综复杂,因此其安全与功能设计显得尤为重要。本文主要采用数值模拟的方法,从粘弹性边界的创新角度,结合使用ABAQUS大型有限元分析软件和MATLAB编程软件,对上述地下结构进行了建模及地震响应分析。具体工作内容和成果包括以下几个方面。(1)地震波斜入射下层状场地中地下综合管廊地震响应分析使用ABAQUS大型有限元分析软件建立了不同场地条件下地下综合管廊分析模型,利用粘弹性人工边界和等效地震荷载时域波动输入方法,结合土层和半空间的精确动力刚度矩阵,实现了地震波斜入射下层状场地地下综合管廊地震反应分析。计算结果显示:地震波倾斜入射条件下,综合管廊结构地震响应与垂直入射时具有显著差异;地下综合管廊动应力集中主要分布在管廊角部、中柱上下端;成层土波速结构变化对地下综合管廊地震反应亦具有显著影响。(2)基于粘性-滑移界面接触模型的半空间隧道衬砌对平面P、SV波的散射运用MATLAB编程软件,基于粘性-滑移模型模拟隧道衬砌和围岩之间的接触状态,采用间接边界积分方程法求解弹性半空间中隧道衬砌对平面P、SV波的散射问题,重点考察了地表位移放大和衬砌动应力集中效应。结果表明:接触滑移边界的刚度系数和粘度系数对隧道衬砌的动应力分布影响较大,滑移刚度较小时,共振频率段动应力集中效果更加显著;随着粘度系数的增大,衬砌内部环向应力幅值逐渐减小。另外,刚度系数和粘度系数对隧道衬砌动力反应的影响程度也受控于入射频率和角度。(3)天津市Z2线地下车站结构地震反应模拟以天津市Z2线轨道交通工程做为案例,在上述土体分层、软弱复杂场地等的研究基础上,考察了基本烈度及大震作用下,天津滨海新区不均匀软土场地地下车站结构的抗震性能、车站结构的应力状态和位移反应、土-车站结构动力相互作用特征。模拟结果可为可液化地基上地铁地下结构的抗震设计提供依据。地下结构地基土的变形是地下结构震害的主要诱因,但大量的数值模拟研究忽略了土层和地下结构之间的粘结问题,导致动力分析时土体与结构之间切向和法向的应力传导失真。地下结构沿线地质条件变化对地下结构的抗震影响较大,当穿越软土层时,对地下结构带来的地震灾害更加严重。