地下结构抗震近些年得到了快速的发展,对于常规的地下结构在简单地震环境下的抗震研究已经比较成熟,但是以往的研究很少考虑复杂的地震环境例如复杂的地质条件,尤其是对处于纵向不均匀地层中的地铁车站抗震问题的研究还很少。对于考虑地层纵向不均匀性的地铁车站的抗震设计主要存在以下几点问题:一是抗震设计方法的确定,由于纵向不均匀地层各断面土层性质存在差异性,无法简化为二维横断面进行抗震计算,并且经典的三维动力时程分析有限元模型规模过大计算费时,操作过于复杂,结果也不易评价,因此对于此类问题的抗震设计方法需要进一步的探究;二是地层的纵向不均匀性对结构地震响应特性的影响,以往的研究很少考虑地层纵向的不均匀性,并且地震波存在行波效应,地震波的不同入射角度、入射起点对处于纵向不均匀地层中的地铁车站结构的地震响应特性的影响也未知。因此,本文对考虑地层纵向非均匀性的地铁车站的地震响应特性和抗震设计方法进行研究。主要工作及成果如下:（1）针对处于地层沿纵向分布不均匀条件下的地铁车站的抗震问题,基于反应位移法提出了一种适用于考虑地层纵向不均匀性的地铁车站抗震拟静力简化方法,通过有限元数值模拟,建立了三维土弹簧-地铁车站壳结构有限元模型,并利用三维动力时程分析法建立三维地层结构模型,验证了所提出的拟静力简化法的正确性;（2）探究了地震波垂直入射下处于地层沿纵向不均匀变化条件下的地铁车站的地震响应特性。利用所提出的拟静力简化方法分析了地铁车站在两种不同纵向地层组合形式、三种不同频域地震波作用下的地震响应特性,结果表明:地层纵向分界处是地铁车站结构抗震最薄弱的部位,结构的地震响应在地层纵向分界处存在明显的突变,尤其是对于侧墙弯矩,在分界处左右两侧突变非常大,最大相差可达40倍左右;对于顶板、中板、底板弯矩和中柱轴力以及顶底板相对位移,随结构纵向位置变化的规律相似;地层的纵向不均匀性对结构横断面在竖直平面内的弯曲和纵向构件在水平面内的弯曲均影响较大;在不同的纵向地层组合形式下,地铁车站结构的顶板、中板、底板弯矩和顶底板相对位移均呈现在软土段最大、硬岩段最小的变化规律,软土段与硬岩段最大相差可达7倍以上;（3）探究了地震波斜入射下处于地层沿纵向不均匀变化条件下的地铁车站的地震响应特性。利用所提出的拟静力简化方法分析了地铁车站在两种不同纵向地层组合形式、三种不同频域分布地震波、三种地震波入射角度、三种地震波入射起点作用下的地震响应特性,结果表明:地震波斜入射情况下结构的地震响应随纵向位置变化的规律与地震波垂直入射情况下基本保持一致,结构地震响应仍然在纵向地层分界处存在明显的突变;受地震波的行波效应和纵向地层不均匀的影响,结构不同构件的地震响应受不同地震波入射角度和入射起点的影响程度不同,侧墙弯矩受地震波不同入射角度、不同入射起点的影响相对较大,其余构件受到的影响相对较小;在不同的纵向地层组合形式下,结构两个不同方向的弯矩所受影响程度不同,其中侧墙横断面在竖直平面内弯曲所形成的弯矩受地震波不同入射角度及入射起点的影响程度出现明显变化,而侧墙纵断面在水平面内弯曲所形成的弯矩及其它构件的地震响应则变化不大;结构在不同地层范围内受地震波入射角的影响程度不同,硬质段地层范围内结构地震响应受地震波入射角度的影响较小,而软土段、中硬段范围内受入射角度的影响相对较大。