修建于我国西南地区的大型水电工程多处于地震高发地区,该区域地质构造复杂,节理、断层、层间错动带等不利地质结构发育,在地震动力作用下不利地质极易发生破坏进而导致地下硐室等水电设施的工程事故。因而,研究不利地质在地震动力响应特征对工程安全具有重要的工程意义和理论价值。论文采用DEM-FEM耦合方法研究不利地质的地震动力响应特征,对耦合算法和程序实现进行研究。论文以加州大学伯克利分校的开源动力有限元软件OpenSees(C++)和Cundall、Strack网络共享的开源DEM(FORTRAN77)程序为基础,通过研究DEM-FEM耦合算法及其实现的数学表达,进而提出耦合单元在DEM-FEM的相互作用模式和程序实现方法;并通过经典的波传递算例验证耦合算法的正确性及程序的可靠性。论文主要工作如下:(1)边界条件处理。依据粘弹性人工边界理论以及人工边界上动力荷载的输入转化方法,基于OpenSees的单元接口,实现粘弹性人工边界单元(VSB2D)。基于一维杆件模型,设置相应的粘弹性人工边界和动力荷载进行计算,验证该粘弹性人工边界单元可以正确模拟动力边界,验证了粘弹性边界单元处进行动力荷载转化也可以正确模拟动力边界。(2)DEM程序封装。以开源的DEM程序为基础,运用C++与Fortran混合编程技术,将其封装为lib库文件引入到OpenSees中以供主程序调用。基于激震实验数值计算模型,验证封装后DEM程序可以被主程序调用并能正确计算。(3)DEM-FEM耦合计算方法实现及耦合计算程序验证。通过研究DEM-FEM耦合计算方法,基于OpenSees四边形单元,添加DEM程序库中计算函数并修改单元荷载计算函数,实现耦合界面力的传递,进而实现了DEM-FEM耦合计算方法。基于一维耦合计算模型,选取离散元不同的k_n作为计算参数,以透射系数为正确解,给出合理的k_n取值,并以不同形式的荷载进行动力计算,验证DEM-FEM耦合计算方法和计算程序的正确性和可靠性。(4)实际工程动力计算和程序性能评估。建立含有软弱夹层地下硐室工程模型进行动力计算,计算硐室附近的围岩与软弱夹层处的动力响应,分析围岩与软弱夹层动力响应之间的关系。并依据工程模型的规模,评估程序计算模拟的性能。