随着我国经济建设的飞速发展,高速公路、铁路(包括地铁)建设中涉及的隧道及地下工程越来越多。我国在隧道及地下工程抗震研究方面刚开始起步,目前隧道及地下工程抗震设计主要还是参照地上建筑结构的抗震设计规范。在汶川地震中大量的隧道及地下结构工程遭到了严重的破坏,有的已经无法修复,这说明实际地震中产生的荷载水平比工程设计中采用的地震荷载水平要大许多。显然,地下工程抗震设计参照地上建筑结构的抗震设计是不合适的。因此,研究地震波作用下隧道及地下工程结构的动力响应特征及减震措施具有十分重要的现实意义。本论文主要从理论研究、数值模拟、试验研究和工程应用等方面对地震波作用下土体中隧道及地下工程的动力响应进行了深入研究。主要工作内容包括以下方面：(1)考虑水、土两相耦合作用,对饱和土体中孔洞结构在地震波作用下的动力响应进行了分析。根据饱和土Biot理论及地震波孔洞散射特性,采用积分变换和引入势函数的方法,推导出由水、土两相耦合作用的饱和土体Green函数,建立了半无限空间饱和土体中孔洞对地震波散射问题的边界元积分方程。通过计算表明,地震波在传播过程中,由于孔洞的存在会使孔洞周边应力增加2-5倍,因此在进行隧道及地下结构抗震设计时应该充分考虑这一影响因素。同时,考虑隧洞边界透水性对地震散射的影响,通过计算表明,其它条件相同,不透水边界的隧洞应力集中系数比透水边界下的隧洞应力集中系数大许多。(2)将隧洞周边土体采用饱和土Biot理论,隧洞衬砌采用考虑剪切和转动变形的曲线梁振动理论,分析了地震波作用下饱和土体中圆形隧洞衬砌的动力响应问题。对于饱和土体中的散射波场采用波函数展开法,曲线梁的振动控制微分方程采用一般化的微分求积法(GDQM)。由饱和土体与衬砌接触处的位移协调条件,采用最小二乘法确定波函数未知系数项。计算结果表明：当入射波频率较低时,衬砌结构的入射面与背对面的动力响应几乎是对称的；随着入射频率的增加,衬砌结构的入射面与背对面不再具有对称性,且衬砌结构的入射面的动力响应要大于背对面。(3)研究了土体分层情况下的饱和土体中隧道结构在地震波作用下的动力响应。由于地质演变等原因,实际工程中土体是分层的,所以采用层状土体模型更能够反映工程实际土体的特征。本文采用有限差分方法对地震波作用下层状饱和土体中隧道衬砌结构的动力响应进行求解,并以南昌地铁1号线珠江站地铁隧道为工程背景建立计算模型,计算分析了地铁隧道结构的动力响应,并给出相关的减震措施建议,为工程设计和施工提供参考。(4)对饱和士体中隧洞结构在地震波作用下的动力响应进行了室内模型试验,同时以江西都九高速公路温泉隧道为工程背景,对温泉隧道衬砌结构进行人工爆破地震作用下的动力响应原型测试试验,测试结果为理论研究和工程设计与施工提供了可靠的试验数据。