随着国民经济的快速发展,福建地区的特大断面隧道工程发展尤为迅猛。特大断面隧道具有跨度大,结构受力复杂,抗震性能薄弱的特点。而福建又地处环太平洋地震带,隧道极易受地震诱发而发生失稳和破坏。因此,特大断面隧道的安全隐患不容忽视,进行振动台抗震性能的动态响应规律研究具有重要的现实意义和理论价值。本文采用模型试验研究的方法,重点研究特大断面隧道在地震过程中的动力响应和动力特性,探讨隧道模型结构的变形及破坏特征。本文所做的研究工作及获得的主要结论如下:(1)依据隧道地质条件和试验研究目标,确定了简化后的隧道原型尺寸长X宽X高分别为930dm X 240dm X 390dm;而根据相似理论,拟定了几何尺寸、加速度和弹性模量的相似比分别为1/30、1/1和1/40,并进一步推导出其他物理量的动力相似关系。最终确定出隧道模型尺寸的长X宽X高分别为310cm X 80cm X 130cm,衬砌结构的几何尺寸厚度X截面高X截面宽分别为2.5cmx43cmx63cm。(2)隧道模型地震过程中各测点加速度幅值的放大系数均大于1,表明隧道模型中的岩土材料对输入的地震波起到较明显的放大作用;且测点加速度放大系数随地震波幅值的增大呈减小趋势,并最终趋于稳定;而位于同一剖面上的各测点,其加速度的放大系数随高程的增加而增大,至隧道模型顶部放大系数达到最大值;小震下,能量分散的高频地震波对结构体系产生的加速度响应较明显;而强震下,能量集中的低频地震波对结构体系产生的加速度响应较为显著;而测点的动土压力及衬砌动应力随输入地震波加速度幅值的增大而增大;特别是衬砌拱腰附近的动土压力与拱脚附近的动态应力随输入地震波幅值的增加明显。(3)通过白噪声激励对隧道体系进行了基频分析,得出模型隧道体系中土体的基频主要分布在9.8Hz附近,而衬砌结构的基频主要分布在26.5Hz附近。同初始状态相比,仰拱、拱腰、拱顶和地表以下部位在0.4g地震波作用后的阻尼比分别增加了 12.6%、12.5%、9.6%和9.2%;在频谱上,地震波的频谱成分主要集中在25Hz附近,20Hz以下及30Hz以上则显著减少,表明了岩土体的滤波作用,随着高程的增加,滤波效果越显著;而随着地震波幅值的增加,衬砌结构的特征频率不断减小;同时,衬砌结构的特征频率是其本征属性,与输入的地震波特征频率无关。(4)隧道模型加载至0.6g时,衬砌发生破坏,主要裂缝分布于拱腰、拱脚和仰拱处,裂缝的扩展方向多以轴向为主,局部倾斜向上且与轴向交角约45°。