由于交通换乘和其它功能发展的需要，城市地铁车站的结构形式越来越复杂和多样化，并呈现出明显的三维不规则特征。同时，近年来的几次大地震中均有地下结构遭受地震破坏的报道。我国《建筑抗震设计规范》规定，不规则的地下结构和地下空间综合体等体型复杂的地下结构，宜同时计算结构的横向和纵向水平地震作用。但对于如何考虑双向水平地震激励以及相应的计算方法都没有提及。从结构多维抗震设计的角度看，考虑双向水平地震作用比仅考虑单向水平地震作用更能体现结构的真实地震反应状况。因此，必须深入研究在双向水平地震作用下大型复杂地下结构的反应规律与破坏机理。振动台模型试验是在试验室中研究地下结构抗震问题的最直接方法。为研究地下结构的性能，近年来，许多学者对地铁地下结构开展了振动台模型试验研究，并取得了一些很有价值的研究成果。但这些试验均只输入一个水平方向的地震激励，并且是在平面假定的基础上分析地铁车站结构在横向地震激励作用下的响应，都没有考虑与车站相连的车站出入口、换乘通道和周围地下结构对地铁车站结构地震响应的影响。　　故本文开展了单向、双向地震激励作用下复杂地铁地下结构地震反应的大型振动台试验，该结构为非对称三维空间组合结构，由一个地铁车站、四个出入口通道和两个换乘通道结构组成。为开展该试验，研发了悬挂式层状多向剪切模型箱装置;通过分析试验数据，研究了在单向、双向水平地震作用下砂土地基中换乘通道-地铁车站结构系统的地震反应特性和地铁车站-换乘通道结构系统与地基的动力相互作用，为建立地下结构简化抗震计算方法提供合理的建议和可靠的指导。论文的主要工作如下:　　1、研发了悬挂式层状多向剪切模型箱装置，介绍了该模型箱结构设计理念和工作原理，基于ABAQUS有限元计算平台，采用数值模拟方法模拟了地基-悬挂式层状多向剪切模型箱系统在地震激励下的响应，分析了该模型箱的动力性能。　　2、针对自主研制的悬挂式层状多向剪切模型箱装置，开展了自由场振动台试验，测试了模型箱的动力性能，并分析了模型土在地震激励下的响应，验证了研制的悬挂式层状多向剪切模型箱模拟原型水平土层的侧向变形边界条件的有效性。　　3、开展了单向、双向水平地震激励作用下换乘通道、地铁车站结构-地基系统的振动台模型试验研究。分析了模型地基和换乘通道、地铁车站结构在单向或双向水平地震激励作用下的地震响应规律，研究了换乘通道、地铁车站结构-地基系统的动力相互作用规律。　　4、对比分析了换乘通道、地铁车站结构-地基系统在单向和双向水平地震激励作用下地震响应的差异，为建立地下结构的理论分析模型提供参考，为提出复杂地下结构简化分析方法提供依据。