本文通过离心机振动台模型试验和数值模拟的手段对地下结构地震反应特性进行了较为系统的研究。开展了不同类型地基-双层地下结构系统离心机振动台模型试验，通过对比试验结果标定数值模型，基于标定后的数值模型研究埋深和土层条件对地下结构地震反应的影响。采用数值模拟方法研究大空间地下结构地震反应特点，并对地下结构Pushover分析方法在大空间地下结构地震反应分析中的适用性和精度进行了分析。本文主要成果有：（1）为实现在离心机振动台试验中获得地下结构的破坏现象，采用正交试验方法对石膏复合材料的强度、弹性模量以及耐水性进行了系统的试验研究，得到了低强度和耐水性强的石膏复合材料。同时配置了低强度微粒混凝模型材料，并对石膏复合材料和微粒混凝土对原型混凝土结构的模拟精度进行了数值分析。（2）针对地下结构的地震反应问题，设计并完成了3组共11次1:50比尺的离心机振动台模型试验，研究了不同地基自由场地震反应和不同地基中地下结构的地震反应特性。试验取得了较为丰富、合理的数据，得到了不同地基自由场加速度反应规律和剪应力-剪应变变化关系，分析了不同地基中地下结构应变反应，并在试验中观察到地下结构破坏现象，发现了结构抗震不利部位。（3）基于OpenSees计算平台，建立了地基自由场和地基-地下结构动力相互作用系统非线性数值分析模型。通过与试验结果的对比，对数值模型及其中所采用的砂土、粘土本构模型参数与土体阻尼比计算参数进行了标定，采用标定后的数值模型研究了埋深和土层条件对地下结构地震反应的影响，讨论了对地下结构抗震性能产生不利影响的土层条件。（4）建立地基-地下结构非线性动力相互作用系统的静-动力联合分析有限元数值模型，对大空间地下结构进行弹塑性地震反应时程分析，研究了大空间地下结构地震反应规律和破坏特性，讨论了PGRD和局部PGRD作为地震动物理参数用于大空间地下结构地震反应分析时的合理性和有效性。同时采用地下结构Pushover分析方法对大空间地下结构进行了地震反应分析，讨论了地下结构Pushover分析方法在大空间地下结构地震反应计算中的适用性和精度。