我国是世界上碳酸盐类岩石分布最广,面积最大的国家之一,据历史资料记载,我国碳酸盐岩总面积约占我国国土总面积的三分之一。在城市地下空间开发中,岩溶是最棘手的工程地质问题。在以往的城市岩溶区工程建设中,针对未知岩溶大多根据场地勘察资料采用二维（各种尺度平面图、地质剖面图）、静态的表达方式来分析和解释岩溶发育规律,这难以直观而全面地表示溶洞极不规则的空间形态。随着现代地质信息技术的发展,将岩溶由传统的文字模糊型定性描述,逐步转向于数字化、定量化、精细化显示具有重要的地质意义。城市岩溶区在地震作用下极易发生失稳塌陷,造成重大灾害事故。岩溶的存在对地铁隧道在地震作用下具有放大效应,尤其是对于城市岩溶区地铁,若发生地震,未处理区的岩溶会直接影响地铁结构的安全稳定,一旦破坏难以修复。目前,我国对岩溶地区盾构隧道运营期的地震响应研究较为缺乏,主要研究成果大多是对溶洞的模拟简化成单个溶洞考虑,没有考虑溶洞的空间分布特性。实际上溶洞的分布十分复杂,形状也毫无规则。因此,如何更接近实际地模拟溶洞分布对研究岩溶地区工程问题具有十分重要的现实意义。本文以广州地铁九号线现有成果为依托,围绕随机生成溶洞机理,研究地铁隧道地震动力响应特性,站在前人研究基础上,引入溶洞体积率的概念,依据数学关系确定溶洞的基本特征,建立随机生成溶洞机制,结合广州地铁九号线典型盾构区间相关信息,建立随机生成溶洞算法的三维地质体模型,利用有限元模型,采取符合地铁隧道的自由场边界条件、地震波基线漂移校正及滤波,研究典型地层中随机生成溶洞在不同的体积率下盾构隧道的地震响应特性。本文的主要研究内容及工作成果如下:（1）随机生成溶洞算法研究:基于溶洞体积率概念,运用合适的数学原理建立了一套随机生成溶洞算法,考虑了溶洞的随机形状、大小及空间分布关系,建立一套可实现随机位置、随机形状、随机大小（在实际大小范围内）的随机生成溶洞算法。可用于地质建模及三维有限元运算。（2）基于随机生成溶洞算法的地质建模研究:提取广州地铁九号线典型盾构区间的部分区域钻孔信息、揭露土层信息及各土层分界面信息,并进行相应处理,建立了随机生成溶洞的三维地质体模型,可以直观地描绘出土层与未处理溶洞之间的分布关系,实现了一定程度三维可视化。（3）地铁隧道地震动力响应特性研究:利用随机生成溶洞三维地质体有限元模型,研究了随机生成溶洞在不同的体积率下盾构隧道的地震响应特性:一是在不同的地震波作用下,溶洞体积率的改变会引起隧道管片沿隧道纵向的相对加速度、相对位移的变化,但变化幅度较小;二是在同一地震波作用下,隧道管片各特征位置拱顶、拱腰和拱底的时程变化曲线近似重合。隧道下伏随机生成溶洞体积率的改变对地震作用下隧道管片沿隧道纵向的相对加速度及相对位移的影响有限,进行此类计算时可不考虑相对加速度和相对位移的影响;三是在相同地震波作用时,隧道管片的最大主应力随着溶洞体积率的改变会增大到超过隧道本身的混凝土极限抗拉强度,说明溶洞体积率的大小会影响隧道管片的安全稳定性,致使隧道管片局部小范围内产生拉裂。除去该小部分范围,其余部位最大主应力皆小于管片极限抗拉强度,在横向或纵向错缝拼接等关键部位并没有出现最大主应力,隧道可安全运营。在下伏溶洞存在时,若溶洞的高度在2-4m时,可不考虑处理溶洞;但管片局部的裂缝在持续时间较长的地震作用下会对隧道的整体产生较大的安全隐患,因此部分岩溶分布较广的地区可考虑做相应的隧道抗震评估,以保证隧道的安全运营。