随着城市三维空间利用的快速发展,地铁已成为增强大城市承载能力,优化城市布局的有效途径,也是解决城市交通拥堵问题的必然选择。然而,随着地铁线路的不断延展、加密,地铁运行引起的环境振动问题日益显现,地铁动荷载作用下的隧道和地层的动力响应问题已成为当前研究的热点课题。同时,由于西安地裂缝发育,在地铁的修建过程中难免会穿越地裂缝,地裂缝场地下地铁动荷载引发的隧道和地层的动力响应更为复杂。地裂缝活动对地铁隧道的影响如何、是否会加剧地铁振动所诱发的隧道破坏效应,以及地铁振动在地裂缝场地的传播规律如何是西安地铁建设中亟待解决的关键难题。本文以正穿地裂缝的地铁隧道为研究对象,以陕西省自然科学基础研究计划(2018JQ4044)“地铁动荷载作用下地裂缝受迫振动响应及其灾变控制”为依托,开展了地铁动荷载作用下的隧道-地裂缝-地层的相互作用模型试验,研究了地裂缝活动下隧道和地层的动力响应特征,分析了地裂缝场地隧道结构变形机制,并通过数值模拟手段对模型试验加以补充和验证。研究成果可为市内地铁隧道工程建设及安全运营提供理论参考,也可为高速城际地铁隧道穿越地裂缝时地铁隧道工程安全提供技术依据。论文的主要工作和研究成果如下:(1)地裂缝沉降对隧道结构变形的影响规律通过模型试验研究分析了地裂缝沉降过程中,隧道应变、土压力的分布规律,得出了应变、土压力的主要集中范围。总结了隧道的变形破坏模式。结果表明:隧道主要发生拉张-剪切挤压变形,且受拉、受压区主要位于模型地裂缝左右0.4m的范围内;上盘隧道顶部接触土压力主要集中于地裂缝左右20cm范围的内;隧道底部接触土压力变化情况主要为:沉降量为0～1cm时,上、下盘土压力变化较小,当沉降量超过2cm后,上盘底部部分位置接触土压力趋近于零(由于隧道底部脱空导致),下盘土压力急剧增加。(2)列车动荷载对地裂缝、土层以及隧道的影响规律通过模型试验揭示了动荷载下隧道、土层加速度以及动附加土压力分布衰减规律,总结了不同激振频率对动力响应的影响特征,得出了动荷载下振动响应主频分布。结果表明:地裂缝对土压力衰减明显;上盘动附加土压力最大值出现在距地裂缝20cm～30cm范围内;土中横向振动衰减速率强于竖向;激振频率越大、车速越快振动响应越强烈;振动会导致地裂缝发生一定程度竖向相对错动;列车动荷载其周围环境主要产生三个主频的振动响应。(3)列车高速运动下振动加速度的传播及分布规律通过建立列车不同车速运行情况下的数值模型,主要对隧道和土层加速度的传播及分布规律进行进一步分析及对模型试验进行验证,总结了不同车速下,加速度幅值变化规律。结果表明:数值模拟的结果与试验结果大体一致;高速情况下(100、150、200km/h)加速度幅值随着速度的增加其增加幅度也逐渐增大;加速度在隧道上的分布规律基本为:底部到腰部范围,加速度衰减速率较慢;腰部到顶部范围,加速度衰减速率急剧增大。