本文的研究目的是，针对饱和软土情况进行地下结构抗震安全性分析。研究工作包括三个核心内容：一是正确模拟饱和场地，有效反映饱和土的动力特性，二是准确求解地下结构的地震动土作用，三是合理评估结构的地震反应。为此，本文首先介绍了Biot饱和两相介质理论，然后基于该理论，建立了饱和软土中地下结构抗震分析的间接边界元模型和有限元-间接边界元耦合模型。并在此基础上对地下结构的地震动土作用和地震反应进行了系统分析。
　　本文首先对圆截面隧道的地震动土作用进行了研究。考虑了隧道质量，隧道埋深和隧道衬砌刚度的影响，以及地震波频谱特性和地震波斜入射的影响。并根据参数化分析结果，提出了隧道地震动土作用的简化计算方法。研究结果揭示了隧道地震动土作用大小和分布形式的基本规律，明确了地震动土作用的关键影响因素，为改进地下隧道抗震设计方法提供了理论依据。然后，本文研究了饱和软土中隧道及地铁车站结构地震反应的基本规律。主要分析了土体非线性对结构地震响应的影响，以及地震行波效应对隧道纵向地震内力和变形的影响。并以耦合方法计算结果为基准，对隧道抗震分析常用拟静力解析方法进行了校准和评估。研究工作突出了饱和软土这一特殊场地条件可能对地下隧道和车站结构地震内力和变形造成的影响，可为同类工程条件下地下结构的抗震安全性分析提供参考。此外，本文重点研究了饱和两相介质模型和单相介质模型计算结果的差别，针对不同算例情况，定量评估了将饱和土简化为单相介质来分析可能造成的计算误差。并进一步澄清了工程中常用模型简化方法（水土合算方法）的误差来源，以及等效单相介质模型的适用情况，为工程中对饱和土的简化处理方法提供了参考和依据。
　　研究表明，隧道衬砌刚度是影响地震动土作用和孔隙动水压力的关键因素。土-刚性隧道动力相互作用受场地动力特性控制，刚性隧道地震动土作用较自由场结果明显增大，但分布形式基本保持一致。针对本文算例，刚性隧道地震动土作用较自由场对应位置处的地震动土作用放大1.2~2倍。土-柔性隧道动力相互作用，不仅与场地动力特性相关，更受隧道自身动力特性（主要是衬砌刚度）控制。且柔性隧道地震动土作用的分布形式与自由场结果有显著差别。地震作用下，饱和软土表现出明显的非线性特征。针对本文算例，考虑土体非线性导致隧道衬砌内力增大27%~37%，衬砌径向变形增大31%，地铁车站结构的水平侧移变形也增大约12%。行波效应引起的非一致地震输入导致隧道纵向变形，并产生不可忽略的纵向内力，此外，行波效应对隧道横截面内的衬砌内力和变形也有明显影响。
　　研究还表明，饱和土骨架和孔隙水的耦合作用导致饱和土的动力特性与单相土有显著差别。渗透系数为零时，饱和土表现为完全不排水状态，此时，饱和土的动力特性与对应的等效单相介质基本一致。因此，对于渗透性较弱的情况，可以采用等效单相介质模型近似模拟饱和土。而对于渗透性良好或荷载频率较大的情况，则必须采用两相介质模型才能准确模拟饱和土-结构动力相互作用效应，从而合理评估结构的动力反应。工程中通过水土合算方法将饱和土简化为单相介质来分析，会导致地下结构地震响应较大的计算误差。针对本文算例，饱和两相介质模型所得隧道衬砌纵向内力与单相介质模型结果的最大差别可达35.5%，衬砌变形的差别为12.5%。两种模型所得地铁车站结构地震内力的最大误差可达42.3%，水平侧移变形的最大误差也近11%。