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我国西部地区具有全球最为复杂的地质构造，区内断裂活动剧烈、高地应力及区域构造稳定性差等现象较为突出。近年来，该区内一大批交通、水电等国家战略与生命线工程已相继或即将开工建设，以长大隧洞和地下洞室群为代表的重大岩石地下工程，由于所处的复杂地质构造及高烈度场地等不利条件，工程结构在服役期内的安全性能受到地震灾害的严重威胁。因此，迫切需要开展强震区岩石地下工程服役期抗震性能的研究，为国家战略和生命线工程科学设计、安全运营、防震减灾等方面提供理论支持与技术保障。本文依托滇中引水香炉山隧洞，首先开展了震害机理及设防水准的研究;针对地下工程普遍存在的接触面开展了其剪切特性研究，并探讨了岩石地下工程的地震响应机理;在抗震性能指标研究的基础上开展了地下工程服役期抗震性能设计及评价方法研究;最后在研制新型抗震材料的基础上开展了其地震荷载应变率范围内的动力特性研究并建立了力学模型;并将相关研究成果运用到依托工程中，研究了地震作用下香炉山隧洞结构服役期的抗震性能变化，研究的主要成果如下: (1)地下工程震害机理及设防水准研究 根据已有地震震害资料，总结和分析了地下结构的震害特征和震害机理:隧洞洞口段主要受地震惯性力和放大效应影响，洞身段受地质因素和地层条件影响。基于统计分析，将地下工程的抗震设防水准分为三级:E1地震，重现期100年;E2地震，重现期475年;E3地震，重现期2475年。将地下工程的设防类别分为特殊设防类、重点设防类和标准设防类，地下结构性能水平分为性能Ⅰ、性能Ⅱ和性能Ⅲ三个等级要求，分别对应着结构整体处于弹性阶段、局部进入弹塑性阶段和完全处于弹塑性阶段，最后给出了地下工程结构的最低设防目标。 (2)地下工程围岩与结构接触面剪切特性及地震响应机理研究 针对实际地下工程中围岩-结构接触面法向受力较小的情况，开展了不同法向力、剪切速率和重复剪切作用下接触面的剪切特性试验，结果表明接触面的峰值抗剪强度和残余抗剪强度随法向力和剪切速率的增大而增大，而重复剪切作用下其残余抗剪强度几乎不受影响。基于试验结果建立了接触面法向和切向力学模型并编制了相应程序，开展了地下工程结构-围岩体系的地震响应机理研究，分析了地震动特性、截面形式、埋深和地层因素等对结构响应的影响。结果表明，纵波作用下结构以拉压变形为主，最大相对位移呈“S”型变化，剪切波作用下结构则以剪切变形为主，最大相对位移呈线性变化，同一强度地震作用下剪切波对结构的位移影响大于纵波;圆形截面的抗震性能最好，马蹄形次之，矩形最差;埋深越大，结构抗震性能越好，当地震动超过一定强度后，埋深效应越不明显，即使在埋深较大的位置，强震也会对结构产生破坏影响;围岩条件越差，结构的最大相对位移和动力相互作用系数越大。 (3)强震区岩石地下工程服役期抗震性能设计及评价方法研究 提出采用层间位移角和直径变形率作为地下结构的性能评价指标，并统计和推导了三级设防水准下的指标限值。根据结构变形能力的极限状态分级提出了地下工程基于性能的两阶段抗震设计框架。基于改进的Monte-Carlo随机有限元时变可靠度，建立了地下结构服役期抗震性能评价方法，编制了基于Matlab-Abaqus平台的BP神经网络计算程序并给出算例验证程序的准确性。 (4)新型抗震材料动力特性研究 研制了一种新型抗震材料-聚乙烯醇纤维混凝土。针对细纤维在混凝土骨料中分散困难的问题，首先开展了制样工艺的研究，得到满足分散要求的制样流程。基于制作完成的纤维混凝土试样，开展了材料在地震应变率范围下的动态压缩和动态劈拉试验，分析了其在地震荷载作用下的单轴压缩和劈拉的强度和变形特性，根据试验应力应变曲线，建立了一种能描述前期压密阶段的非线性弹性损伤动态本构模型。 (5)香炉山隧洞结构动力响应及服役期抗震性能评价研究 开展了接触面剪切特性对香炉山隧洞结构的影响分析，从动力损伤角度验证了聚乙烯醇纤维混凝土抗震性能优于普通混凝土的结论，研究了剪切刚度对结构内力和变形的影响。采用建立的评价方法研究了隧洞衬砌服役期的抗震性能，结果表明香炉山隧洞特殊设防类结构可靠度指标满足E1、E2地震的设防要求，而遭受E3地震时需要在服役47年后采取相应加固措施来确保结构安全，重点设防类结构服役期内的抗震性能满足设防目标要求。针对特殊设防类结构，通过调整设计方案提高结构的抗震性能，推荐采用厚度为65cm的聚乙烯醇纤维混凝土衬砌结构。