随着我国西部大开发的深入推进,高速铁路、公路隧道向山区不断延伸,隧道洞口段落石灾害问题日益突出,成为影响列车安全运行的主要因素之一。因此开展落石冲击对隧道明洞结构的影响研究具有重要的工程意义和价值。本文以高速铁路或公路隧道上运用较多的明洞结构作为研究对象,通过分析落石的运动特征和冲击荷载的计算方法,采用数值模拟和模型试验两种方法,系统地分析了落石形状、质量、下落高度、坡度等因素对落石冲击力、冲击能量、速度和试验模型结构的影响,并结合具体的工程项目进行模拟分析,为防落石明洞结构的设计提供参考依据。首先,根据落石和坡面系统结构特征进行简化,将落石简化成由多个小球组成的立方体,坡面简化成单面坡,运用三维离散元方法进行建模,通过与国内外现场和室内试验所得的落石自由落体运动冲击力计算方法对比分析确定模型的有关计算参数。然后,根据确定的计算参数,用PFC3D离散元方法建模分析了坡度、落石形状、下落高度和质量的变化对立方体落石冲击隧道明洞结构的动力影响特点,主要包括冲击力、冲击速度、冲击能量的变化规律。最后,结合实际工程,运用三维离散元方法分析了隧道出口仰坡危岩落石冲击对隧道明洞结构影响。采用室内模型试验方法,分析了在不同落石形状、质量、下落高度、坡面形式、坡度条件下,落石冲击引起隧道结构应变、加速度、拱顶位移的变化,并进行全面的分析,总结出落石冲击对明洞结构的影响规律。