山岭隧道长久以来被认为具有良好的抗震性能,然而近年来发生的几次大地震中,有相当多数的山岭隧道遭受到不同程度的破坏。而且隧道作为山岭地区公路、铁路的控制性工程,一旦受到震害往往抢修难度大。因此地震作用下的隧道动力响应与动力特性,正逐渐成为学术界与工程界的研究热点与难点问题。同时随着交通基础设施的迅猛发展,特大断面隧道(如4车道公路隧道)的实例已屡见不鲜,而此类特大断面隧道抗震性能的相关研究亦较为少见。因此对地震作用下特大断面隧道的动力响应与动力特性展开研究,具有重要的现实意义和理论价值。本文以福州市二环路金鸡山隧道原位扩建工程为背景,完成了特大断面隧道抗震性能的振动台模型试验,同时又在FLAC3D5.0数值平台上展开一系列数值模拟研究,重点关注特大断面隧道地震动力响应与动力特性。得到主要研究成果如下:(1)数值模拟和模型试验结果进行对比发现,各测点处的加速度峰值(PGA)放大系数均表现出大致相同的规律。PGA放大系数随高程的增加而增大,随地震波幅值的增大呈减小趋势,并最终趋于稳定;而对于不同频率特征的地震波激励,小振幅时高频成分丰富的地震波激励所引起的高程效应较为明显,而大振幅下地震波频率特征对加速度动力响应的影响已不显著;(2)在水平向地震动激励下,拱顶与拱底测点的响应接触压力变化不明显,而拱脚与拱腰测点的响应接触压力变化则十分显著;且随着地震动幅值的增大,拱脚与拱腰处的峰值土压力(PEP)震荡系数均呈线性增大趋势;衬砌的X方向响应弯矩变化由拱顶向拱脚逐渐增大,且随输入地震动幅值的增大,其最大峰值与最小峰值之差(△Mx)在拱脚处增幅尤为显著:这与模型试验观察得到的衬砌的裂缝的分布情况基本相吻合,即衬砌裂缝开展方向基本与隧道轴线平行,且主要集中在两侧拱脚与拱腰之间:(3)对数值模拟和模型试验的加速度响应数据进行频谱传递特性分析,发现地震波自下而上传播至衬砌结构顶部以后,其第一卓越频率(原场地的动力特性)逐渐减弱,而第二卓越频率(衬砌结构的动力特性)附近的频率成分发生了显著增益;其最大增益频率大致等于第二卓越频率;数值模拟结果的频谱传递特性得到的最大增益频率为4.7Hz,模型试验得到的最大增益频率为25.1Hz,两者大致满足时间/频率相似关系,验证了第二主频为衬砌主频。