随着我国经济持续、快速、健康、稳定的发展,城市公共交通问题日益凸显,修建地铁成为解决该问题的重要途径之一。目前城市地铁隧道开挖施工大部分采用盾构法。盾构法施工会对周围土体产生不同程度的扰动,引起周围土体沉降;同时城市地铁是生命线工程的重要组成部分。因此对盾构施工过程中引起土层位移原因分析、规律研究及隧道在运营过程中遭受地震荷载后结构的响应规律分析有着很重要的社会意义和经济效益。本文利用大型通用有限元程序AbaquS对这两个问题进行了深入细致的数值模拟分析研究。论文共分为5个章节,第一章阐述了论文的研究背景及意义,总结了当前这两方面的研究现状及其需要解决的问题。第二章介绍Abaqus软件的特点及其自带umat子程序接口原理;同时介绍国内外研究岩土常用的两个本构方程—Duncan-Chang本构和动非线性黏弹性本构,并介绍了利用Umat子程序实现这两个本构方程的方法和注意点;论文中需要拟合动非线性黏弹性本构中一公式,因此编写了基于差分进化算法理论的优化程序。第三章从理论的高度分析隧道开挖过程的力学机理,并利用Abaqus软件在综合考虑土体分层、材料非线性、土体与衬砌结构相互作用、盾构密封舱内土压力、盾尾建筑空隙等因素的基础上建立隧道开挖的三维有限元模型,对盾构隧道动态开挖过程进行数值仿真模拟,分析盾构开挖对周围土体在水平向、垂直向的最终沉降位移规律,同时讨论了在数值模拟过程中较难确定的因素;第四章在综合考虑土体分层、材料非线性、土体与衬砌结构相互作用、边界条件选取等因素的基础上建立二维有限元模型,分别计算了盾构在静力及地震荷载作用下,衬砌的的内力、位移时程及最大值分布规律,并对静动力结果进行线性叠加,分析内力最不利组合的分布情况。讨论了材料及土体参数变化对衬砌在地震荷载作用下内力及相对位移响应的影响。第五章对论文做总结,认为得出的结论可为实际工程设计和施工提供科学依据。