随着地下结构的建设发展,其动力反应得到了日益广泛的关注。土的刚度非线性、循环荷载下的滞回特性及可能发生的液化等都对土-地下结构的动力相互作用有着重要影响。本文采用本构理论研究、数值模拟、离心机试验等手段,综合研究了砂土的非线性等力学特性以及地下结构的非线性动力反应。首先,考察不同的超弹性模型对土体刚度特征的描述能力,选取出符合土体力学特性的模型,并研究其正剪耦合特性,包括最大剪切应力比以及侧压力系数。然后基于GSH理论引入颗粒熵来描述土颗粒运动时的涨落,对土中能量耦合耗散等机制进行定量描述,建立了能够综合反映砂土非线性的TTS-S本构模型。根据试验数据提出严谨的参数标定方法,并模拟了砂土在不同条件下的表观刚度特性,与经典土力学理论和既有试验成果进行对比发现:模型能够描述极小应变条件下刚度受到围压、密度和非等向固结状态等的影响;当剪应变增加时,剪切刚度不断衰减而呈现出非线性,并且围压越小时这种非线性越强烈。此外,通过模拟不同应力路径下的力学行为,表明本文模型能够合理描述砂土的临界应力状态与循环荷载作用下可能会发生的液化现象。采用离心机振动台试验,对液化场地中斜桩的动力反应进行了深入研究。对于液化场地中的对称布置的斜桩群桩结构而言,相较于下坡桩,上坡桩中的弯矩更大,最大弯矩一般位于桩身中部。缓斜坡可液化场地在振动中孔压增长更为迅速,液化发生后引起强烈的侧扩流现象,但是该场地中斜桩结构的弯矩并没有显著增加。侧扩流场地中上覆土层的影响主要有两种,一种是其在振动过程中对下面土层的孔压增长的影响,另一种是对桩结构施加的横向荷载。这两种影响的不同叠加可能会给桩结构带来有利或不利的影响。倾斜液化场地在振动后会产生相比水平液化场地更大的沉降,基于试验研究结果和Ishihara方法提出了可适用于倾斜液化场地的地震沉降计算方法。最后,基于FLAC3D平台进行了TTS-S的模型开发,并进行了静力及动力反应的计算验证。针对干砂地基中隧道的离心机振动台试验进行模拟,并对隧道-砂土的接触面参数影响进行了分析。土体加速度和隧道结构中的弯矩的模拟结果几乎不受到接触面参数的影响,且大致符合实测数据。隧道的环向力受到接触面特性的影响较为显著,且不同接触面参数下的模拟结果都基本符合拟静力理论解。