随着水电建设事业的迅速发展和西部大开发战略的不断推进,我国相继建设了一批大型水电工程,同时,为缓解供需矛盾、整合区域资源,逐步兴建了一批大规模、长距离调水工程,为此,形成了为数众多的地下水工隧洞结构。水工隧洞的建设面临着复杂结构形态、复杂作用机制、复杂赋存环境等各种挑战,特别地,在地震频发的背景下,水工隧洞的抗震特性也成为关乎工程结构安全稳定的重要内容,成为限制区域经济发展和国家能源安全的阻力。因此,研究水工隧洞地震响应力学机制,探讨复杂条件下水工隧洞地震响应特性,形成水工隧洞地震响应分析评估与减震加固体系,对保障结构安全稳定、提升抗震设防水平具有重大的理论研究价值和社会经济效益。本文围绕复杂深埋水工隧洞地震响应与减震措施中的几个关键问题,即水工隧洞地震响应前处理分析方法、水工隧洞流体-衬砌-围岩动力联合作用模型、结构面影响下水工隧洞地震响应、高应力条件下水工隧洞地震响应以及水工隧洞抗震减震措施等展开研究和探讨,主要研究内容如下:（1）基于计算机程序语言对地形图中地面高程数据进行提取,采用结构面双平面对断层穿过单元进行重构,形成复杂地形地质条件下三维数值建模方法;研究基于实测地震波的比例缩放法和基于设计反应谱的人工地震波合成方法,探讨地震波基线校正、滤波和方向变换,形成复杂地震波前处理分析方法;推导三维粘弹性人工边界运动方程和数值模拟技术,探讨人工边界上节点荷载形式,形成复杂人工边界处理与地震波输入方法;通过对数值建模、地震波、人工边界的研究,形成地下结构动力响应前处理分析体系,开发复杂地下结构三维弹性动力有限元计算程序。（2）基于大量混凝土材料动态加载试验成果,总结静、动荷载下混凝土本构关系曲线的相似性特点,基于应变空间静力损伤本构的基本思路,以及对三维应力状态下混凝土静态拉、压损伤变量进行定义和求解,推导混凝土动力损伤本构关系基本格式,并对其损伤状态、开裂本构、渗透特性等进行分析和评估,建立适宜编程的混凝土衬砌动力损伤开裂模型;分别考虑水工隧洞内水与衬砌界面耦合作用、衬砌与围岩动力联合承载,推导其动力显式有限元求解格式,建立水工隧洞流体-衬砌-围岩动力联合作用分析模型,形成水工隧洞地震响应非线性计算分析方法。（3）基于非关联塑性理论,建立结构面剪胀与塑性耦合模型,从结构面损伤机制出发,建立基于能量原理的岩体结构面拉、剪损伤本构模型,将弹塑性演化与损伤演化分开求解,提出结构面弹塑性损伤本构关系的混合积分算法;基于岩体拉裂和剪切两种破坏模式,引入不同的开裂面应力-应变关系假定,基于开裂单元应变分解的思想,分别针对开裂面和裂缝间岩体采用弹脆性和弹塑性本构,建立开裂岩体等效弹塑性本构关系模型;通过研究宏观结构面对水工隧洞地震响应的影响,以及含细观结构面岩体的动态裂纹扩展过程,形成复杂地质条件下水工隧洞地震响应分析方法。（4）基于不同围压条件下岩体三轴压缩试验成果,探讨岩体的围压强化和脆性劣化效应,提出岩体强度参数随围压非线性强化、随塑性应变线性劣化的分析模型,结合地震作用下岩体强度参数的应变率效应,.建立高应力岩体弹脆塑性动力本构关系模型;针对高应力水工隧洞承受地震荷载时形成的静动载组合作用模式,考虑不同轴压、不同围压等静载,以及不同峰值荷载、不同加载速率、不同加载持时等动载对水工隧洞地震响应的影响,建立水工隧洞静动载组合作用分析模型,探讨不同静动载组合下水工隧洞地震响应特性,形成复杂应力条件下水工隧洞地震响应分析方法。（5）基于水工隧洞围岩、减震层和衬砌的横向作用机制,将其简化为三自由度振动体系,基于振动理论,推导其运动方程,求解变形传递系数,探讨减震层与围岩刚度比、地震波荷载与结构自振频率比对水工隧洞抗减震特性的影响;针对软弱破碎岩体,探讨水工隧洞的灌浆加固抗震效果,分析不同灌浆参数、不同灌浆层厚度对水工隧洞地震响应的影响;针对完整坚硬岩体,探讨水工隧洞设置减震层作用效果,分析不同减震材料、不同减震层厚度对水工隧洞地震响应的影响;通过对水工隧洞抗减震作用机理,以及不同抗减震措施作用效果的研究,形成复杂水工隧洞抗震减震加固体系。