复杂场地的土层地震反应分析对结构的地震反应和抗震安全性评价具有重要意义,是当前地震工程和岩土工程研究的一个重点也是一个难点,其涉及的因素很多,涉及面很广。本文采用直接有限元方法,研究了在一致输入和多点输入作用下,土层地震反应的有关规律及机理,为此作了以下一些工作:1.在阅读大量文献的基础上,介绍了多点地震输入下大跨度结构的地震反应分析方法,侧重评述了土和结构共同作用下,多点输入对土层地震反应的影响。2.假定土层为线性粘弹性介质,用有限元法分析了在一致地震输入和多点地震输入作用下弹性、均匀土层中有限土域的取值范围对计算精度的影响。在一致地震输入作用下的土层地震反应分析过程中,主要探讨了在简谐荷载作用下,土层地震反应随不同侧向人工边界、迫振频率、阻尼和土层长深比的变化规律;在行波地震输入作用下的土层地震反应分析过程中,主要探讨了水平方向和垂直方向的土层地震反应的特点,同时分析了不同侧向人工边界和地震波传播速度对土层范围取值的影响。从而得到土层范围取值的经验公式。最后通过算例分析表明,在进行土层地震反应分析时,采用本文土层范围取值来确定土域的计算范围可以得到满意的结果。为在应用直接有限元法进行土层地震反应计算时,确定有限土域范围提供依据。3.在进行层状土层的随机地震反应分析时,通过将波动理论和随机振动理论有机的结合起来,以综合考虑体波斜入射情形及基岩弹性刚度对土层地震反应的影响,从而拓宽了土层随机地震反应分析的求解范围。在此基础上,对半空间上均匀土层的地震反应进行参数分析,讨论了基岩弹性刚度、入射体波波型以及入射角度对土层地层反应的影响。4.采用滞后阻尼假定,分别应用时域和频域分析方法对土层的地震反应进行计算。在简谐波和地震波激励作用下,通过比较时域和频域的计算结果,探讨了在土层时域分析中,如何由滞后阻尼系数形成阻尼矩阵的问题。提出了“阻尼系数转换频率”的概念,并利用实际地震波的分析结果,进行回归分析,得到一个阻尼系数转换频率取值的经验公式。从而为利用滞后阻尼系数在时域中进行土层地震反应分析提供依据。5.为考虑强震下土层反应的非线性及地震波的空间变化特性,基于直接迭代法和逐步积分法提出多点输入非线性分析的一种增量迭代格式,从而建立土层多点地震输入地震反应非线性分析方法。同时,为减少多点地震输入非线性分析迭代过程中刚度矩阵的求逆次数,对原迭代方法作进一步推导,提出采用试算因子的试算迭代法,从而在不降低计算精度的基础上,有效地减少计算时间。同时,编写了有限元程序。目前该程序可对一致地震输入和多点地震输入进行地震反应分析。在时域范围内可进行线性、等效线性化、非线性弹性分析和弹塑性分析;在频域范围内可进行线性和等效线性化分析。6.对某一实际河谷地形进行非线性地震反应分析,分析结果表明,由于河谷的存在,在河谷附近将会激起较大的竖向运动。当考虑多点地震输入影响时,竖向运动更大。因此,对于重大结构有进行多点地震输入地震反应分析的必要。