实际地震中地震波往往以一定的角度斜入射至工程场地,无论对于体波抑或面波入射,波阵面传播方向均可能与地铁车站结构存在一定夹角,这将使得地铁车站纵、横向框架处在非一致的三相地震作用下。特别地,斜入射地震波作用下,地铁车站结构可能受到较大的竖向地震作用,这很可能对其地震响应产生不利影响。因此,研究地震波入射角度对地铁车站结构地震响应的影响规律,对于指导地下结构抗震设计具有重要的参考价值。然而,现有关于斜入射地震波作用下的地铁车站结构抗震研究,尚未能揭示SV波超临界角条件下的有关规律,地铁车站受任意角度斜入射瑞雷波作用的研究也未见报道。因此,目前亟需在拓展现有地震动输入方法的基础上,进一步研究任意角度斜入射SV波和Rayleigh波作用下地铁车站的三维地震响应特征。本文的主要研究工作如下:1、基于三维层状地基的动力刚度矩阵,采用FORTRAN语言编制了自由场响应的计算程序;在ABAQUS有限元软件中,结合基于粘弹性人工边界的地震动输入方法,通过PYTHON命令流将自由场响应转化为等效节点力施加在人工边界节点处从而完成地震动输入。以自由场地震响应和局部地形对SV波和瑞雷波散射问题作为算例,将本文方法所得结果与解析解或已有研究结果对比验证了方法的正确性和有效性。2、研究了三维地铁地下车站结构在斜入射SV波作用下的地震响应。设置了Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类三种层状场地,临界角均为30°,输入波为kobe波,将地震波水平入射角设为0°和45°,竖向入射角设为0°至80°,分析了地铁车站的柱内力峰值、最大层间位移角、柱最大相对位移、最大加速度、Mises应力、变形等地震响应。结果表明,SV波入射角度对各项地震响应影响显著:（1）对于柱内力峰值:随地震波竖向入射角度增大,柱轴力峰值在小于临界角范围内逐渐增大,在超临界角范围内先是增大的,然后在40°～50°范围内出现最大值后逐渐减小,且在Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类场中柱轴力峰值最大分别可达到垂直入射时的15.59、7.54和4.64倍。在Ⅱ、Ⅲ类场中,随竖向入射角度增大,柱的剪力和弯矩峰值在小于临界角范围内基本不变,在超临界角范围内均是在40°左右出现最大值后递减,剪力和弯矩峰值最大分别可达到垂直入射时的1.26、1.52倍。在Ⅳ类场中,柱的剪力和弯矩峰值随竖向入射角度增大而逐渐减小,均在垂直入射时出现最大值。（2）对于车站的层间位移角峰值:在Ⅱ、Ⅲ类场中,随地震波竖向入射角度增大,层间位移角峰值在临界角以内逐渐增大,分别在30°、40°出现最大值后逐渐减小,且最大值分别可达垂直入射的1.2、1.24倍。在Ⅳ类场中,层间位移角峰值随地震波入射角度增加而递减,垂直入射时出现最大值。（3）对于Mises应力:在Ⅱ、Ⅲ类场地中,Mises应力均在40°附近出现最大值,地震波竖向入射角小于临界角时,在柱端出现较大值,板与墙连接处Mises应力逐渐增大;而入射角大于临界角时,板与墙连接处Mises应力随入射角增大而逐渐减小;当入射角大于50°时,Mises应力较大值基本只分布在柱上。在Ⅳ类场中,Mises应力0°出现最大值,且随着入射角度增大各部位Mises应力逐渐减小。（4）对于车站变形:地震波在小于临界角入射时,车站变形主要受到水平地震作用影响,车站中部发生严重的剪切变形;当在临界角以内靠近临界角入射时,车站变形同时受到水平、竖向地震联合作用,车站变形也是以中部剪切变形为主;而当入射角大于60°时,车站变形主要受到竖向地震作用的影响,柱承受了大部分地震作用,车站总体变形不大。3、研究了三维地铁地下车站结构在Rayleigh面波作用下的地震响应。设置了硬、中硬、软三种均匀半空间场地,同样以Kobe波作为输入波,将地震波水平入射角设为0°至90°,分析了地铁车站的柱内力峰值、最大层间位移角、柱最大相对位移、最大加速度、Mises应力、变形等地震响应。结果表明,Rayleigh波入射角度对各项地震响应影响显著:（1）对于中柱内力峰值:软土场地中,迎波侧中柱轴力在30°左右出现波谷;剪力峰值和弯矩峰值随入射角度增大而逐渐减小。对于边柱内力峰值,在硬土和中硬土场地中,轴力随Rayleigh波入射角度的增大而增大,且均90°入射时出现最大值;而在软土场地中,在45°入射时出现最大值。（2）对于车站变形:由于地震传播的时滞效应,当水平入射角为0°时,车站左右两侧表现出“一侧向下凹陷一侧向上隆起”的变形差异;而当水平入射角逐渐增大后,车站沿纵向出现“凹陷和隆起交替出现”的变形差异,呈现出“波浪”形的变形特点,且场地越软这种纵向变形差异越明显。