土与结构接触面具有传递土体与结构之间应力和变形的作用,其特殊的力学行为对土体与结构的受力变形有着重要的影响。本文在分析接触面变形机理的基础上,建立了能统一描述硬化与软化特性的接触面本构模型,并在ABAQUS中实现了二次开发。以大开地铁车站为工程背景,建立了地下结构地震反应有限元模型,以大开车站中柱层间位移角为评价指标,在多种计算条件下模拟并分析了接触特性对地下结构地震反应的影响,得到一些规律性的认识。(1)基于土与结构接触面变形特性分析,将接触面土体的剪切滑动面与单元体三维应力状态下的八面体面相对应,通过土的三维弹塑性本构模型在八面体面上的剪切应力应变关系,建立了接触面土体剪切应力应变关系;将接触面土体法向压缩变形与侧限压缩条件相对应,建立了接触面土体法向应力应变关系;与试验结果的对比分析表明,所建立的本构模型可较好地描述接触面土体切向与法向的变形规律,并由超固结比描述应变软化特性。结合有限元软件ABAQUS,将接触面切向本构模型编制成FRIC摩擦子程序,通过算例表明,子程序基于无厚度单元可较好地描述土与结构界面接触的非线性力学行为。(2)选取了摩擦系数?=0.2和?=0.4两种接触特性,利用时域整体非线性有限元模型模拟并分析了土体弹性模型与结构弹性模型接触、土体弹塑性模型与结构弹性模型接触、土体弹塑性模型与结构弹塑性模型接触三种计算条件下接触特性对地下结构地震反应的影响程度与规律,同时考虑了结构-土体相对刚度对接触特性的影响。结果表明:土体弹性模型与结构弹性模型接触条件下,?=0.2时的中柱层间位移角与绑定连接时相比减小5%左右,?=0.4时的中柱层间位移角与绑定连接时相比增大2%左右;土体弹塑性模型与结构弹性模型接触条件下,?=0.2时的中柱层间位移角与绑定连接时相比减小41%左右,?=0.4时的中柱层间位移角与绑定连接时相比减小10%左右;土体弹塑性模型与结构弹塑性模型接触条件下,?=0.2时的中柱层间位移角与绑定连接时相比减小52%左右,?=0.4时与绑定连接时相比减小40%左右。(3)通过改变结构埋深分析不同围岩约束能力下接触特性对地下结构地震反应的影响,结果表明,浅埋时接触特性对地下结构地震反应影响程度较大,深埋时该影响程度较小。且对于浅埋结构,峰值加速度时刻为反映结构最大变形能力的控制时刻,随埋深增加,控制时刻逐渐过渡为峰值位移时刻。这是由于当结构埋深相对较浅时,结构受土体约束程度较小,结构动力特性发挥充分;随着埋深增加,土体对结构约束程度变大,动力特性逐渐减弱,控制时刻发生改变。(4)在本文模拟的工程背景下,对于土体弹性模型与结构弹性模型接触,以及土体弹塑性模型与结构弹性模型接触条件下,结构-土体相对模量由?=141.7提高到?=205.6范围内,结构地震反应基本呈现随结构-土体相对模量提高而减小的规律;对于土体弹塑性模型与结构弹塑性模型接触条件下,结构地震反应基本呈现随结构-土体相对模量提高而先增大、后稳定、再减小的规律。