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改革开放以后，国内经济迅猛发展，特别是近几年国家扩大基建项目投资，交通、电力、公共设施等建设速度加快，地下结构在各领域的应用更加广泛。2008年汶川大地震以来，地震作用下结构的安全在国内备受关注，如何设计出安全、经济、合理的地下结构对广大设计者提出了更大的挑战。国内的地下结构抗震研究已经开展好多年，设计理论相对比较成熟，但该理论在实际地下结构工程设计中的应用相对滞后。 本文着重研究地下结构在水平向地震作用下的工程设计，针对目前地下结构抗震设计中主要存在的几个问题展开研究，如何选用合适的土体非线性本构模型、合理的动本构参数、合理的波动荷载、合理的边界。研究日本地下结构工程抗震设计中主要使用的设计方法及理论，重点论述了自由场地基的地震反应分析原理和土体动本构模型。通过自由场地基的地震反应分析原理，主要解决了设计中波动荷载选取和反应位移法及反应加速度法的地震荷载等问题。 在日本某隧道结构工程实例的计算过程中，对地层和地下结构进行整体建模，采用土体等效线性化模型进行有限元动力时程分析。为了进一步验证考虑土体等效线性化模型的有限元动力时程分析方法的精度，又采用了龙岗提出的修正Ramberg–Osgood非线性动本构模型对整体结构进行有限元动力时程分析。在非线性动本构模型拟合过程中，由于缺乏土体非线性动本构模型的实验数据资料，首次提出利用日本建设省土木研究所资料第1778号《地基的地震时应答特性的数值解析法》中提供的数据资料曲线进行拟合，解决了实际工程中实验数据获取困难的问题。在对修正Ramberg–Osgood非线性动本构模型进行拟合过程中，发现其在小变形土体的动本构模型拟合时偏差较大，因此对原本构模型进行了优化改进，提出了变参数修正Ramberg–Osgood非线性动本构模型。最后又采用了变参数修正 Ramberg–Osgood非线性动本构模型对整体结构进行有限元动力时程分析，使设计计算更加合理准确。 通过对三种不同模型的有限元动力时程分析结果的比较分析，说明了各种模型计算方法的优缺点，比较了土体等效线性化模型和土体本构模型的有限元动力时程分析计算方法的精度差异，验证在地基条件较好的地下结构设计计算中，考虑土体等效线性化模型的有限元动力时程分析的计算方法，结果可以达到较高的精度。实际工程中根据需要选用合理的土体计算模型，既能满足地下结构设计精度要求，又可以提高对地下结构抗震分析效率，节省了人力物力，对地下结构的抗震设计及研究具有重要参考价值。