随着现代科技与交通需求的发展,沉管隧道已经逐渐成为跨江、跨海工程的重要选择之一。然而,沉管隧道多处于复杂水域环境中,且浅埋于软弱地层,在遭受地震作用时,一旦发生破坏将难以修复甚至产生灾难性的后果,因此,开展沉管隧道抗震性能的研究至关重要。本文以港珠澳大桥的海底沉管隧道工程为研究背景,制备了刚性接头隧道和柔性接头隧道两种规格的沉管隧道模型,并通过一系列土—隧道相互作用振动台试验探讨了不同输入地震动、不同接头刚度和不同场地条件下地基和沉管隧道的地震响应。本文主要研究工作和成果如下:1.在总结国内外振动台试验模型箱经验的基础上,本课题组自主研制了一种刚度可调的层状剪切箱,利用ABAQUS建立了层状剪切箱的三维有限元模型并进行了振型分析。为研究模型箱的性能开展了一系列的自由场振动台试验,试验结果主要分析了不同高度和距箱壁不同水平距离处测点的加速度时程及其相应反应谱的差异,并采用2-范数偏差法和“谱比法”量化和评定了剪切箱的边界效应,结果表明剪切箱合理地模拟了真实场地的边界条件。2.基于Bockinghamπ定理及量纲分析法,综合考虑振动台及层状剪切箱的尺寸规格、承载性能等参数,进行了土—隧道结构相互作用振动台试验的方案设计。主要包括隧道模型的尺寸确定及模型试验相似关系设计、地基及沉管隧道模型的制作、输入地震波的选取及加载方案、传感器布置等。3.制备了1/30缩尺比例的刚性接头隧道和柔性接头隧道两种规格的沉管隧道模型,并开展了不同接头刚度的两组土—隧道相互作用振动台试验。主要分析了两组振动台试验中场地土和隧道结构的加速度时程及其反应谱、场地的超孔压比及隧道结构的应变,总结了不同接头刚度条件下土—隧道结构耦合体系的地震反应规律。4.制备了均匀场地和非均匀场地两种地基土模型,开展了均匀场地和非均匀场地条件下的两组土—隧道相互作用振动台试验,主要分析了两组振动台试验中场地土及隧道结构的加速度时程、反应谱及隧道结构的应变,总结了不同场地条件下土—隧道结构耦合体系的地震响应规律。