根据我国现行地震烈度区划图,很多地下结构建设在高烈度地震地区,特别是城市轨道交通地下结构、管廊、隧道和地下商场,并由于这些地下结构的功能性限制以及城市活动断层普查工作的滞后性,使得越来越多的地下结构并不能有效避开或者远离地震区。地下结构的抗震问题日益突出,因此,进行地震作用下地下结构的研究已经成了目前比较热门的课题之一。本文以数值分析为主要研究方法,首先,研究土体在非线性计算时土体阻尼的选取问题;其次,在地下结构抗震分析算中,提出简便的侧向边界处理方式即滚轴边界,并与粘弹性边界进行精度验证,同时验证了土体阻尼比、结构尺度和地震波特性对侧向水平计算尺度取值的影响问题;最后,通过典型案例分析得出地下结构抗震分析中合理的重力施加方式,以及验证重力对地下结构抗震分析的影响。具体研究内容如下:(1)首先,从土体动应力-动应变关系的基本特征、力学模型和组合元件的动应力-动应变这三个方面介绍了土体非线性;其次,由一维土体非线性动本构模型,进行二维、三维本构扩展;最后,非线性抗震计算时,土体阻尼选取问题,并提出土体阻尼比曲线正确的使用方法,并通过典型案例验证其方法。(2)介绍目前动力计算常用的粘性边界、粘弹性边界和自由场边界理论,在上述动力边界理论基础上,提出一种简便的侧向边界处理方式,即滚轴边界,并通过算例与粘弹性边界进行精度对比,同时通过不同土层和选取不同边界宽度的算例验证土体阻尼比、结构尺度和地震波特性对侧向边界宽度取值的影响,最后给出工程侧向宽度设计值。(3)先从理论方面分析重力对土体性质的影响以及重力对地震反应的影响,并介绍现有的初始应力处理方法,最后通过不同工况算例对比,得出在抗震分析时最合理的重力施加方式。在上述研究的基础上,通过选取不同的场地以及地震动峰值,计算线性和非线性两种工况,通过对计算结果分析,讨论线性、非线性抗震计算过程中,重力对抗震计算的影响程度。最后,对全文进行了总结,并对进一步工作的方向进行了简要的讨论。