地震灾害的频繁发生,给人们带来了极大的生命和财产损失,同时也加剧了结构抗震研究的紧迫性。城市化进程的加快,交通设施的大发展,导致高层建筑、桥梁、隧道等各类工程结构遍地开花,新的工程结构越来越追求大的结构规模,独特的造型特点以及完善的结构功能,这为工程抗震研究带来了极大的挑战。工程结构抗震研究往往存在土体-结构耦合,该问题包含了高度非线性,计算需求量巨大。数值模拟方法日益成为工程结构抗震研究的重要手段,尤其是并行计算技术的应用,为求解超大规模数值计算问题提供了可能。本文立足于工程实际,研究了土体-结构耦合系统的数值模拟方法,主要研究内容包括:研究了土体-复杂结构耦合系统的数值建模方法。采用分段的bucket分类搜索和双向对称接触方式实现土体-结构耦合模型。研究了土体分层建模方法,从而使土体模型与地质勘测情况相近,并且依据地震波的传播特征,对土体单元尺寸进行了控制。研究了粘弹性人工边界在半无限土体中的应用,并且对粘弹性边界和土体计算区域进行了分析和验证。研究了土体-复杂结构耦合系统的高性能计算方法。土体-复杂结构耦合系统计算规模巨大,模型中存在大量的几何非线性、材料非线性和接触非线性问题,采用显式积分算法,具有计算效率高,适合并行计算等优点。结合上海超算中心曙光5000A高性能计算平台,基于递归二分法,提出了土体-结构耦合均衡分区方法,以土体-建筑结构耦合系统、土体-桥梁结构耦合系统和土体-隧道结构耦合系统作为工程应用实例,证实了新的分区方法具有更好的加速比和并行效率。开展了土体-超高层建筑结构耦合系统数值模拟应用。以上海中心大厦结构抗震分析为工程应用对象,根据实际工程图纸,建立了土体-桩筏基础结构-建筑主体结构-建筑幕墙结构的全三维有限元模型。数值模拟选取四条结构响应较大的地震波作为输入激励。重点分析了建筑主体结构和幕墙结构不同地震烈度下的地震响应。为上海中心大厦结构抗震设计及安全评估提供了参考。开展了土体-桥梁结构耦合系统数值模拟应用。以闵浦二桥结构抗震分析为工程应用对象,根据实际工程图纸,建立了土体-桥梁结构的全三维有限元模型。数值模拟选取50年超越概率3%的基岩加速度时程作为输入激励,进行了一致激励下和行波激励下结构地震响应计算。重点分析了主塔的变形和内力,以及主梁的变形和应力。为闵浦二桥抗震设计及安全评估提供了参考。开展了土体-隧道结构耦合系统数值模拟应用。以上海崇明长江双线隧道结构抗震分析为工程应用对象,根据实际工程图纸,建立了土体-隧道结构的全三维有限元模型。数值模拟选取50年超越概率3%和50年超越概率10%的基岩加速度时程作为输入激励,进行了一致激励下和行波激励下结构地震响应计算。重点分析了普通隧道断面变形和应力,以及联络通道的应力和变形缝张开量。为长江隧道抗震设计及安全评估提供了参考。