实际的地震地面运动具有强度和频率含量的非平稳性。由于缺乏对频率含量非平稳性的合理定量描述，以及数学处理上的困难，地震动的模型化研究一直仍侧重于强度或时域的非平稳。近年来，随着人们对于地震动研究的深入，频率非平稳性问题已成为合成地震动时程研究的一个热点课题。本文首先基于HHT和双调制模型对地震动加速度的局部谱密度、强度和频率的非平稳性、以及地震记录的基线飘移进行了较系统的探索性研究。然后，对土—结构动力相互作用分析中的锥体模型进行了深入分析，通过提出递归算法和终止标准将锥模型阻抗函数的研究扩展至层状半空间中埋置基础情形，建立了土—结构动力相互作用体系地震反应分析所需的块式基础阻抗函数。在此基础上，利用本文的双调制模型生成非平稳地震波作为输入激励，对土—结构相互作用体系进行了非平稳地震反应分析。具体内容包括： ⑴针对地震加速度记录做数值积分获得的地震位移曲线存在基线飘移的情况，本文提出了一个简单的方法来移除长周期噪声进行基线调整。文中首先在时域内对加速度进行最小二乘法拟合处理，接着通过EMD提取趋势项来进一步去除积分位移中的长周期影响。通过数值模拟信号和实测记录的对比验证了本文方法的可靠性。 ⑵采用能反映时频非平稳特性的时变谱密度（局部谱密度）来描述地震地面运动，本文提出了一种利用HHT估计地震地面运动局部谱密度的方法。从理论上比较了HHT、STFT和多重过滤法等局部谱密度的估计方法，然后通过具体算例，对理论分析进行了验证。进而利用正交化的HHT法进行局部谱密度估计，这样既避免了能量泄漏问题，又在精度和速度方面都有很好的优势，可以作为一种高效的局部谱密度估计方法。 ⑶用正交HHT局部谱密度对地震波的能量进行研究，总结了地震波样本能量的分布和变化情况；同时，利用时频功率谱作为目标谱并通过三角级数法模拟了非平稳地震地面运动。 ⑷本文通过对非平稳过程演变谱的研究，提出双调制函数，建立了双调制非平稳地震地面运动模型。结合双调制函数和三角级数法生成人工地震波，通过对人工波频率和强度的非平稳性研究，验证了双调制模型的有效性。同时，文中给出了双调制非平稳地震激励的结构响应虚拟激励算法，分析了结构响应的时变功率谱和时变方差。 ⑸在归纳与总结锥体模型基本理论的基础之上，通过提出递归算法和终止标准将锥模型阻抗函数的研究扩展至层状半空间中埋置基础情形。推导了埋置基础的动力刚度和基础有效地震输入表达式，建立了层状半空间明置圆盘和埋置圆盘动刚度的程序算法。在此基础上，对层状半空间地基条件下的明置和埋置基础的阻抗函数进行了计算分析。 ⑹利用本文的双调制模型生成非平稳地震波作为输入激励，在线性条件下，对土—结构相互作用体系进行了非平稳地震反应分析，并与平稳人工波和强度非平稳人工波作用下的相应结果做了比较，得到了有工程参考价值的结论。