为了适应高速发展的需求,我国各大中型城市近些年都在大力建设城市地下轨道交通设施。这些地下交通设施一旦在地震作用下遭受破坏,将会严重影响城市交通功能并带来巨大的经济损失。目前关于地震作用下隧道延长方向动力反应的规律,特别是在土层横向非均匀的复杂情况下,地震动行波效应对土层和隧道地震反应的影响规律有待深入研究。针对上述问题,本文考虑场地土的横向不均匀性,通过输入地震动相位差的方式研究地震动传播方向的不同以及视波速的变化对土层和隧道带来的地震反应的差异特征。本文的主要研究内容如下:1.采用纤维模型模拟计算隧道的力学性能。考虑隧道的混凝土管片以及接头螺栓的材料特性,计算得到了一维地基梁的非线性力学性能曲线。2.利用PROSHAKE软件对模拟场地土进行了一维地震反应分析,通过计算得到了神户波作用下不同截面的土层等效剪切模量和阻尼比收敛值。3.介绍了隧道延长方向反应位移法中常用的土弹簧参数计算方法,按照一维地震反应分析时针对场地划分的五个断面,分别对各个断面的隧道周围土层进行建模,计算得到了不同断面内,隧道所处土层在地震作用下的等效土弹簧参数。4.对自由土层进行三维有限元建模,针对不考虑地震动传播效应的一致激励输入,行波方向向右的地震动输入以及行波方向向左的地震动输入分别进行计算,求得隧道位置自由土层的地震动反应。对比分析了视波速大小不同时的不同地震动输入条件下的土体响应特征。5.结合隧道的弯矩—曲率关系以及相应的土弹簧参数,建立土体和隧道的弹簧—梁模型。将计算得到的各地震动输入工况下隧道位置的自由土层水平向位移波形施加在土弹簧自由端,从而求得了隧道各工况的结构反应,并对比了行波方向和不同视波速下的隧道响应特征。计算结果表明,在土层横向非均匀性发生变化的地段,自由土层地震反应较横向均匀地段的大,自由土层在隧道延长方向的应变水平较高;土层和隧道在行波激励方式下较地震动一致激励方式下的地震反应大;行波输入方向和视波速的变化对土层和隧道的地震反应带来影响;隧道的地震反应主要受周围土层的影响,隧道纵向抗震设计时应考虑行波方向、波速等问题。