随着中国铁路建设和城市轨道交通的迅猛发展,隧道结构的振动问题越来越受到关注。本文基于周期结构理论以及饱和土体Biot理论,从周期结构振动能量带的分析、外部激励引起周期结构的振动与传播等方面,开展周期性隧道结构的振动特性分析。主要包括以下几点内容:将隧道衬砌视为薄壁圆柱壳,对圆柱壳体的振动特性进行分析,分析过程中考虑周期性等厚度圆柱壳体和变厚度圆柱壳体两种情况,研究其能带特性。对于周期性等厚度圆柱壳体,采用Love壳体理论,建立圆形隧道的轴对称波动微分方程,利用传递矩阵法建立了相邻胞元间的传递矩阵,推导了周期性圆柱壳体各胞元环径向轴对称波动动态刚度矩阵;对于变厚度圆柱壳体采用Hamilton原理推导出了圆柱壳体的传递矩阵,通过精细积分法,计算出传递矩阵的特征值,分别研究了两种变截面(指数函数、线性函数)圆柱壳体中的传播特性。研究结果表明,周期性圆柱壳体和圆柱壳体的截面尺寸变化对振动波的传播均有一定的影响。考虑隧道结构与土体的相互作用,结合Biot理论、Helmholtz势函数理论及Fourier变换,边界条件和位移、应力连续条件,分别研究弹性地基上和饱和土体中周期性隧道结构的振动特性,考虑在隧道衬砌上作用有移动的简谐集中环形荷载,求解了移动荷载作用下周期性圆形隧道的传递矩阵及特征值,研究了移动荷载作用下饱和土体中周期性隧道的动力响应。研究结果表明,对于均质圆形隧道存在一个临界频率,长度比和弹性模量比值的变化对于周期性圆形隧道禁带的幅值和带宽均有影响;饱和土体的弹性模量和弹性地基的地基刚度对弯曲波在特定频率范围内的传播具有抑制作用,饱和土体与弹性地基相比,饱和土体对波的传播的影响较为显著;移动荷载作用下,对于均质圆形隧道存在一个临界速度,不同的移动荷载速度下,长度比和弹性模量比值的变化、饱和土体的弹性模量和弹性地基的地基刚度的变化对于周期性圆形隧道禁带的幅值、宽度和个数影响显著,因此可以通过调整结构尺寸参数改变结构中波的传播特性。