随着我国经济的发展,城市化的进程越来越快。农村逐渐变为城市,而城市则向大城市、特大城市的方向发展。大城市的人口越来越多,以至于原有的交通系统越来越不能满足人口增长的需要。为了缓解这个矛盾,很多大城市已经或者准备开发地下空间和地下交通系统。地下结构属于人流密集的公共场所,地震中一旦遭到破坏就会造成大量人员伤亡和地下交通瘫痪,而且由于其固有的隐蔽性和难修复性,在地震中一旦破坏,造成的经济损失也是十分巨大的。因此准确认识地下结构在地震下的响应规律,给出地下结构抗震设计的原则和建议是十分重要的问题。本文在总结前人关于地下结构抗震研究方法的基础之上,深入探讨了地震模拟振动台试验和有限元数值模拟在多层地下结构地震反应分析中的应用。具体做了如下工作:1.土的本构模型介绍了岩土工程中最常用的两种本构模型,一种是基于摩尔强度理论的Mohr-Coulomb塑性本构模型;另一种是基于双曲线假设的Duncan-Chang非线性弹性本构模型。对于后者,本文推导给出了其在平面应变条件下的实用公式,以及利用UMAT子程序接口,将该模型添加到ABAQUS材料库的具体实现方法。2.混凝土的本构模型介绍了数值计算中混凝土最常用的一种基于损伤理论的本构模型,即混凝土损伤塑性模型。提出了基于现行混凝土设计规范的损伤参数的确定方法。数值算例表明,该方法简单可行,计算出来的结果符合理论预期。3.数值模拟中的边界问题讨论了数值计算中边界问题产生的原因。以一维波动传播为例,推导了粘性边界的计算公式,并给出了在有限元软件ABAQUS中实现粘性边界的方法。数值计算结果表明,底部的粘性边界可以有效地吸收波动能量,减小边界波动的反射,使得计算结果更加符合实际。此外,提出了在ABAQUS中通过异步计算实现自由场侧边界条件的方法。数值计算结果表明,这种侧边界的施加方法准确有效,解决了在ABAQUS中地震动双向输入的问题。4.地铁车站的地震模拟振动台试验利用自行研制的层叠剪切箱,进行了三层三跨地铁车站模型在全粘土中的振动台试验。通过对试验数据的分析,给出了多层地下结构进行抗震设计的原则和建议。5.地震模拟振动台试验的数值模拟基于大型通用有限元软件ABAQUS,对地下结构振动台试验进行了全程数值模拟,通过实测结果和模拟结果的对比得到结论,数值模拟是进行地下结构地震反应分析行之有效的方法。