从1910年修建第一条沉管隧道－底特律隧道至今已经有96年的历史了。作为跨水域的交通方式，沉管隧道以其独有的优越性，受到工程界的广泛关注。目前世界上已有100多条用于铁路、公路的沉管隧道建成并投入使用。中国大陆建成的沉管隧道有广东珠江隧道、宁波甬江沉管隧道、常洪沉管隧道以及上海外环线沉管隧道等。 沉管隧道长期运行过程中受地震、车辆以及波流等载荷的作用，并且由于沉管隧道造价昂贵，可靠性要求很高，有必要通过分析其在外激励力下的动力特性，研究结构损伤产生和发展的机理以及对结构剩余寿命进行预测。这对提高结构可靠性、降低维护费用、灾害预报、提高生产效率等有重要的意义。 论文研究内容主要涉及到沉管隧道－土体－流体相互作用体系的力学模型的建立、土壤的非线性、土壤特性、埋深以及动水压力等因素对沉管隧道动力特性的影响研究、单段沉管隧道结构的建模与有效性的检验、沉管隧道结构－土体动力相互作用体系模型试验、沉管结构健康监测系统的特点以及实现方案的研究等。 论文首先概述了沉管隧道结构动力特性的研究意义和研究背景，并对其研究现状和研究方法进行了综述，对沉管隧道动力特性相关的一些问题，如沉管接头、流体的影响和沉降问题也进行了探讨。 论文根据结构动力学的有关理论，建立了在地震激励下沉管隧道结构体系的动力平衡方程，讨论了有关动力平衡方程的求解问题；对有关沉管隧道建模中的人工边界、土壤的非线性、阻尼模型、网格的划分以及地震波的选择等理论问题进行了研究，为沉管隧道结构体系进行动力分析提供了理论基础。 使用通用有限元软件ANSYS对沉管隧道结构体系动力相互作用问题进行分析，探讨了土壤非线性、土壤特性、埋深以及动水压力等因素对沉管隧道动力特性以及地震响应的影响。结果表明：土壤的非线性、土壤特性、埋深和动水压力等因素对结构有较大影响，在对沉管隧道结构体系进行建模和分析时应充分考虑这些因素。 按照1:150缩小比例制作了单段沉管隧道的模型，并通过试验和计算对沉管隧道进行模态分析，检验了计算模型的有效性。 进行了沉管隧道－土体相互作用体系模型试验，并对主要试验结果进行了分析，研究了沉管隧道－土体相互作用规律；数值分析结果和试验结果比较吻合，从而验证了计算模型和计算方法的合理性。 对结构损伤识别方法进行了研究，分析了沉管隧道结构健康监测的特点，并根据这些特点对沉管隧道结构健康监测可能用到的传感器以及监测方法进行研究；通过计算分析了上海外环线沉管隧道在地震激励下的响应，提出了初步的沉管隧道结构健康监测方案。 本文的研究方法和结论对于认识并发展水下沉管隧道结构与土壤、水等周围介质相互作用机理、分析沉管隧道结构的非线性动态响应、分析沉管隧道结构在地震、车辆以及水动压力作用下损伤产生和发展机理奠定了基础。