日本阪神地震使得神户大开车站发生了严重的破坏,迫使国内外学者开始对地下结构进行抗震性能研究。其中无柱大跨度地铁车站具有美观、方便、实用、相对造价不高的优势,但对于这种缺少中柱支撑的地铁结构形式的研究与运用较少,因此研究无柱大跨地铁车站的抗震性能具有重大的现实与理论意义。本文在南宁地铁项目的工程背景支撑下,以南宁市轨道交通5号线那洪-金桥客运站作为研究对象,将无柱大跨变截面作为基本的地铁结构形式进行试验与数值模拟研究,具体内容如下:(1)设计了无柱地铁车站下的振动台试验方案。根据相似比理论计算了1/80比例下的模型相似比参数,选取了符合振动台试验的人工重塑土、模型箱与车站结构材料并进行了相对应的材料性能试验;根据加速度测点布置与选取的地震波确定了最终的试验对比工况和加载顺序。(2)对无柱地铁车站振动台试验数据进行了整理与分析。首先对试验的边界效应进行了判断;其次针对其中三种试验工况:不同覆土高度对比、不同场地类别对比与不同两侧围岩宽度对比进行了详细的结构-土体的动力与频域分析,总结了在不同工况下的土-结构整体体系的地震动力反应变化规律,可为该结构形式下的相关振动台试验研究提供可靠的数据资料。(3)利用ABAQUS有限元软件对试验三个工况进行了动力弹性时程分析,将数值计算的震害云图、加速度与水平位移峰值结果与试验对照以检验试验的可行性与数据的可靠性;(4)针对常见的地下结构四种不同的人工边界,利用ABAQUS有限元软件进行了二维空间的外部波源振动模拟;同时推导了二维S波与P波等效集中力的计算过程,最后用一个平面入射S波的算例验证了波动等效输入的正确性,并说明了一致粘弹性边界的精度性。(5)建立了无柱大跨地铁车站的原型二维平面结构模型,对不同材料下的本构关系进行了详细的说明与计算,通过数值模拟得到了结构损伤云图、内力分布与结构不同区域内的地震响应,分析了此类结构形式在地震动与土-结相互作用多因素耦合下的动力响应特性与抗震薄弱区域。