海底隧道由于不受海上恶劣气候影响,能够保证全天候通车,且结构耐久性好,越来越多地作为跨海工程的选择。与一般山岭隧道不同的是海底隧道主体一般埋置于海下基岩内,而在两端存在有一定坡度的上岸段。上岸段的隧道会从海底基岩上升穿越不同的岩层至地面土层。由于各地层力学性质存在较大的差异性,会在地震作用下产生不均匀位移,从而导致该处穿越不同地层的隧道段随着地层发生不均匀变形,隧道结构在此处发生应力集中,容易发生破坏。因此,有必要分析隧道上升过程中穿越软硬不均围岩时在地震作用下的结构响应,以期能为海底隧道结构设计和防灾决策提供参考依据。本文利用ABAQUS有限元软件对穿越软硬地层的隧道段建立数值分析模型,通过动力时程法与拟静力法分别研究隧道结构的地震响应分析,并进行对比,总结在隧道穿越软硬地层时结构的响应规律。具体研究内容如下:(1)建立简化模型,通过等效刚度法将隧道等效为均质混凝土圆环,水平穿越分层的不同地层。通过《混凝土结构设计规范》结合能量等效原理建立混凝土塑性损伤本构模型,并建立围岩的动力等效线性粘弹性模型。确定无限元的动力边界条件,完成动力以及拟静力两种方法的数值建模。(2)通过动力时程分析方法对比隧道在均质围岩以及软硬围岩中的结构响应,主要通过应力、内力以及变形程度进行比较,明确结构应力应变的特征,探讨隧道结构发生变形的原因;通过控制变量法分析隧道在不同因素包括地震动幅值、混凝土强度以及衬砌厚度影响作用下结构响应的变化规律,深入了解结构的破坏机理。(3)总结出基于地上结构改进的静力推覆方法,以位移作为等效地震荷载,通过一维等效线性化软件求解了自由场地的地震反应,分析了隧道在考虑模拟开挖下施加等效地震荷载产生的结构响应,并与动力时程分析方法的结果对照,验证分析方法的可行性。