由于软弱围岩和局部地形对地震波均有放大作用,隧道洞口震害频繁发生,是山岭隧道抗震的薄弱部位。强震观测表明,加速度沿高程呈现显著的非线性放大特征,随着坡高和坡度的增加,洞口位置的升高,隧道结构的地震响应将更为强烈,强震诱发隧道结构破坏的风险更高。本文以成兰铁路隧道洞口工程为依托,以波动数值模拟为主线,采用现场调研、理论分析与数值模拟相结合的研究手段,对高陡边坡山岭隧道洞口地震响应开展了较为系统的研究,取得了如下研究成果：(1)对隧道地震响应数值分析中的波动理论和振动理论进行了总结,通过大量数值算例分析讨论了两种理论的差异性及适用性。结果表明：波动理论与振动理论的差异在于地震动输入方式不同。振动理论中位移输入精度最差,加速度输入受边界效应影响,数值稳定性较差。当地表平坦、无局部地形影响时,加速度输入可近似代替波动输入；对于局部地形影响的山岭隧道洞口,建议采用波动输入。(2)对成兰铁路64个隧道洞口工程进行调研,归纳出成兰铁路隧道洞口的主要特点。基于统计结果,将山岭隧道洞口边坡简化为单面均质边坡,采用数值方法对地震动放大效应进行参数化研究,分析了衬砌与围岩的相对刚度、围岩动力参数(阻尼和动弹模)、洞口地形(坡度和坡高)、地震波幅值和频率对地震动放大效应的影响。结果表明：加速度放大系数受坡高、围岩剪切波速和地震波频率影响,沿高程呈现两种分布规律：坡高小于临界坡高时,加速度放大系数沿高程线性增加；坡高大于等于临界坡高时,加速度放大系数沿高程先缓慢减小然后迅速增大。临界坡高与围岩剪切波速和地震波卓越频率相关。根据数值结果,提出隧道洞口加速度放大系数的建议取值方法,为采用地震系数法进行隧道衬砌抗震设计提供参考。(3)基于粘弹性边界,推导了P波和S波垂直入射时隧道洞口三维等效节点力计算公式,在ANSYS中采用APDL编制了辅助程序,实现了地震波的自动加载。以成兰铁路某隧道进口为研究对象,开展三维动力响应数值分析,研究了衬砌的地震响应规律。结果表明：隧道洞口衬砌地震反应呈现三维特征,洞口地形对纵向内力影响较横向内力更为显著。P波和SV波输入下,拱顶和仰拱为薄弱部位,SH波输入下,拱肩和拱脚为薄弱部位。三种波中,垂直于隧道轴线偏振的剪切波(SH波)对衬砌地震响应影响最大。隧道洞口位置对衬砌内力幅值有一定影响,洞口位置由坡脚上升至坡腰时,衬砌内力最大增加了约30%。(4)基于时域波动数值理论,建立了山岭隧道洞口段P波和S波斜入射的输入方法。在ANSYS中采用APDL编制了辅助程序,实现了地震波倾斜入射,并通过数值算例验证了方法和程序的有效性及精度。基于所建立的方法,研究了地震波入射角度对衬砌地震响应的影响。结果表明：P波和SV波纵向斜入射对衬砌内力分布规律影响不大,SV波横向斜入射对衬砌内力分布规律影响显著。SV波横向斜入射时,衬砌呈现竖向受力特征,与汶川地震中某些隧道显现出的竖向破坏特征相吻合。