场地地震效应是地震学和地震工程学领域的研究热点之一,其研究对于地震动的数值模拟与空间分布特征、建（构）筑物的选址及抗震设防具有重要的理论意义及工程价值。然而由于土体是一种非均匀的多相介质,在大应变条件下会表现出复杂的动力行为,因此如何确定原位土动力学特性是场地地震效应研究面临的主要挑战之一。为了进一步评估不同场地土体原位土动力特性,尤其是在强震作用下的非线性动力行为,本文利用美国3个岩土台阵和日本Ki K-net台网地震动观测数据,开展了小应变下原位土动力参数估计、场地非线性土动力特性及其同震和震后变化过程三个方面的研究。论文的主要工作和成果如下:（一）小应变下的原位土动力参数评估1、前人使用的解卷积地震干涉测量法中存在明显的不足,如:使用了带通滤波去除了高频成分,无法识别薄土层内的剪切波速和压缩波速,弱震动下的解卷积函数不稳定,识别精度有限且误差较大。本文针对这些问题对方法进行了改进,目前可以稳定地识别弱震动时薄土层的剪切波速和压缩波速,并将走时识别精度提高至万分之一秒。利用位于美国克罗基特-卡奎内兹大桥（Crockett-Caquinez Bridge）、德莱尼公园（Delaney Park）、金银岛（Treasure Island）的3个岩土台阵的弱震动数据,使用本文中改进的解卷积地震干涉测量法,获得原位压缩波速和剪切波速,以评估原位泊松比、弹性模量、体积模量和剪切模量等原位土动力参数。计算出的剪切波速、压缩波速结果与实测波速剖面相近,计算的各种原位土动力参数反映了实际地震荷载下原位应力、围压和孔隙水压力等状态下的土动力特性。2、虽然岩土材料具有各向异性已是岩土工程学家和地质学家的普遍共识,但在实际工程应用中却极少考虑场地的各向异性。利用改进后的解卷积地震干涉测量法和井上井下傅氏谱比法,研究了美国3个岩土台阵剪切波速各向异性特征与场地所处的地质地貌和沉积环境之间的关系,以及场地效应的各向异性。3个美国岩土台阵的剪切波速各向异性的成因可归纳为:河流水动力作用、沉积作用、冰川作用、断层,和人为因素的影响。其中,河流水动力作用造成了3个台阵剪切波速各向异性达5.78～13.05%,且与河流流向有关;海相和湖相沉积的剪切波速各向异性较小;冰川作用和断层造成较大的剪切波速各向异性差异达50.85%和32.86%;人为因素造成的剪切波速各向异性可达4.10%和3.34%。三个岩土台阵上部各层与最下层的谱比峰值放大系数的最大值与最小值之比介于1.17～1.59之间,场地的地震效应同样存在明显的各向异性。（二）场地非线性土动力特性研究1、由于近些年全球范围内地震活动性的增强和强震观测网络的建设,积累了一大批高强度的强地震动观测数据,为基于大量强震观测数据开展非线性场地反应系统性研究奠定了基础。本文利用2008年2月1日至2021年11月30日期间,28个Ki K-net台阵的45186组加速度记录,研究了场地Kappa参数、阻尼比、剪切模量比、压缩模量比和基本频率下降程度与应变的关系,并建立了经验关系式。2、不同学者对土体非线性效应的阈值研究结果存在明显的差异,即使是相同的场地也是如此。迄今为止,未有利用强震动数据研究土体的体应变对应的PGA阈值(PGAtv)。同时将实验数据与强震动数据结合起来估计线应变和体应变对应的PGA阈值(PGAtl和PGAtv)是一个亟待解决的问题。本文利用Vucetic和Dobry（1991）在实验室测试的6条剪切模量比下降曲线,使用Ki K-net的28个竖向台阵的强震动数据,分别建立了台阵上覆土体的PGA和原位剪切模量比与应变的经验关系。拟合了原位线性、显著非线性和体积阈值剪切应变(即γtl、γtsnl和γtv)与塑性指数（PI）的关系,以及相应的PGA阈值(PGAtl、PGAtsnl和PGAtv)与塑性指数（PI）和台阵上覆土体实测平均剪切波速(Vs,soil)的经验关系等。利用实测土体平均剪切波速(Vs,soil)和塑性指数（PI）进行了极弱地震动、弱地震动和中到强地震动的划分,以估计地震期间的土体行为和可能的岩土工程灾害。（三）场地非线性土动力特性的同震及震后变化过程研究不同学者对场地恢复时间问题上存在争议,从几十秒、几分钟到几十分钟、一天、几个月到几年。目前许多科学家普遍认为场地恢复过程分为两个阶段（短期快速恢复阶段和长期缓慢恢复阶段）,但多久能恢复、恢复到何种程度,是否能恢复到震前水平仍是需要解决的问题。1、利用2011年3月11日东日本大地震的Ki K-net台网142个台阵记录的地震动数据,研究了在不同强度下5组剪切波速不同的场地的剪切波速、基本频率和放大系数的同震变化过程。结果表明:随着PGA和场地剪切波速（Vs）的增大,剪切波速的最大降低幅度增大、恢复程度降低、恢复幅度有所增加。2、利用日本本州岛东岸近海震级在6.9以上的4次地震动数据,研究了剪切波速的最大下降幅度、恢复程度和幅度与地震动强度的关系。结果表明:场地的剪切波速在地震荷载结束时基本恢复到震前水平的90%以上。剪切波速的最大下降幅度和恢复幅度均随着强度的增大而增大。在相同PGA下,不同的地震和不同组震前剪切波速的剪切波速恢复幅度相近,在PGA＜20cm/s~2时,剪切波速的平均恢复幅度约为1%,在PGA达到200cm/s~2时,平均恢复幅度约为6%,而PGA达到500cm/s~2时,平均恢复幅度约为12%。并以γtl=1×10-5和γtv=1×10-4作为划分地震荷载期间土体行为（线弹性、非线性弹性和弹塑性阶段）的边界,将平均剪切波速≤760m/s的台阵的剪切波速恢复过程划分为瞬时、快速和长期恢复阶段。基岩作为一种强非线性材料在单次地震的剪切波速同震变化过程结束时,恢复程度比土体低,但基岩中的应变较小,不足以对基岩造成破坏,该现象为一种慢动力学特征。3、利用28个Ki K-net台阵的数据,研究剪切波速、压缩波速、基本频率和放大系数在震后的长期恢复过程。在剪切应变大于1×10-4（体积阈值应变）且无季节性变化和设备调整情况下,多数台阵的剪切波速和基本频率在震后11年仍未完全恢复到震前水平,土体发生的永久性损伤并不能完全恢复。而放大系数仅在场地遭受强震动时有所下降,但以极快的速度恢复到震前的水平,也反映出基岩和上覆土体的波阻抗比受地震影响相对较小。4、结合同震短期快速恢复过程和震后长期缓慢恢复过程的结果,4种参数的非线性恢复分为两个明显分为两个阶段。在剪切波速的同震短期快速恢复过程中,多数台阵（除震前剪切波速大于1500m/s）均能在地震荷载结束时恢复到震前水平的90%以上;而在震后长期恢复过程的研究中,多数台阵在强震后一个月的剪切波速和基本频率可以恢复到震前水平的95%以上,并在之后缓慢进行恢复,在10年左右的时间恢复到震前水平的99%以上。