随着经济的发展和社会的进步,人们已经不满足将目光只局限于陆地的开发上。海底隧道可以实现长距离运输,施工成本低廉,成为当今世界许多国家交通工程的一个重点发展的方向。由于海底隧道探测困难,对其进行安全性分析的难度也很大。过去人们认为地震破坏对隧道的影响相当有限,与隧道抗震相关的问题并不作为考虑的一个重点。近年来,随着一些国家的隧道结构在地震中发生损伤,改变了人们的传统观点,并逐步意识到隧道抗震的重要意义。由于隧道结构的抗震与通常的地面建筑抗震具有完全不同的特性,相关研究也成为学术界所关注的重点内容。在此背景下,本文开展了隧道-土结构相互耦合作用的静力与动力问题两方面研究,特别是考虑地震的随机本质,进行了耦合结构平稳/非平稳随机振动分析方面的研究工作。具体内容如下:本文首先介绍了隧道结构的研究历史,以及相关的重要计算参数,计算模型,载荷模型化,并对结构抗震的一般方法进行简介,同时进行了隧道结构地震响应研究进展方面的综述;第二章对隧道的截面进行静力学分析,包括等刚度模型、多铰环模型、管片-弹簧模型等结构模型化方法,考虑土压力、地层反力等荷载,研究了结构的变形和内力响应特性;第三章提出了土-隧道耦合结构平稳随机振动分析的虚拟激励法,相比于原有的传统CQC方法,计算效率大幅提高。以所建立的方法作为有效求解工具,求解了隧道在平稳激励作用下的响应,从而进一步证明了虚拟激励法理论上的正确性和计算上的高效性。第四章通过非平稳随机振动理论分析,提出了土-隧道耦合结构非平稳随机振动分析的虚拟激励法。应用本文的方法求解了隧道在非平稳激励作用下的内力时变方差,结果表明:对于非平稳随机振动激励而言,结构动力响应与调制函数的类型密切相关;此外,对于不同的场地土类型,软土对于结构的影响更为明显。