随着社会的快速发展,人们对于交通方面有了便捷、舒适、安全性能等各方面的要求。交通的发展已经不局限于地上的开发,越来越多的城市地下空间以及海底隧道投入使用。以往认为地下隧道结构具有优良的抗震性能,但随着近些年来出现的某些隧道地震灾害资料表明,隧道结构的地震响应机理和破坏模式更为复杂,结构在地震中遭到破坏或轻微损伤后继续使用都将引起巨大的安全隐患,研究隧道在地震作用下的动力问题具有重要的意义。本文的研究基于国家973琼州海峡盾构隧道课题“高水压下盾构隧道结构设计理论与安全性评价”开展,引入非平稳随机振动的虚拟激励法和动力边界元方法,进行了地震载荷作用下长跨隧道相关动力学问题研究,开展的工作如下:首先,充分调研了隧道结构及其抗震研究方法,对隧道的地震作用机理和地震动力学行为特点进行了整理,简要介绍了隧道抗震的研究历史,常用的研究模型和研究方法等。其次,对地震作用下隧道的纵向动力响应进行研究。通过非平稳随机振动理论分析,发展了隧道-土耦合结构非平稳随机振动分析的虚拟激励法,相比通常的随机振动CQC方法,计算效率获得大幅提高,隧道在非平稳激励作用下跨中弯矩时变标准差,以及沿隧道长度方向的功率谱的计算结果表明,结构动力响应与非平稳激励的调制函数有密切的关系,并显著受不同边界条件的影响。再次,对隧道的横截面进行静力学承载力验算和可靠性分析。运用通用有限元程序,建立了盾构隧道横断面有限元模型,考虑土压力、水压力等荷载,分析盾构隧道衬砌结构的内力变化规律,对结构的可能发生损坏的危险位置进行验算,进一步运用概率分析模块,进行了衬砌刚度等参数为随机变量时结构的可靠性分析,这些工作对于基于可靠度进行隧道结构设计具有一定参考意义。最后,对隧道的横截面在地震作用下的动力响应进行研究。基于边界元方法处理半无限域特有的降阶优势,应用Laplace变换域算法转换时间变量到变换域,在变换域快速求解后经逆变换转换到时间域。进一步对考虑具有不确定性参数隧道结构的动力响应问题进行了探讨,采用改进的二阶摄动法进行参数不确定分析,计算结果用蒙特卡罗抽样方法进行验证,显示了较好的效果。