土拱效应是桩承式路堤、抗滑桩、地下埋管等众多岩土工程问题荷载传递的主要机制，土拱效应的研究主要采用Terzaghi的Trapdoor（陷阱门）试验的思路，而桩承式路堤的群桩与桩间土组合与Multi-trapdoor（多陷阱门）系统更为吻合。其荷载传递机制更为复杂，主要桩承式路堤的土拱效应模型众多，各类模型都有其应用范围。为了探究桩承式路堤土拱效应模型之间的关系及其演化规律，课题组自主研发了多陷阱门模型试验箱装置。选取不同的填料高度、桩间净距、桩体宽度以及颗粒粒径作为影响参数，开展了一组4因数4水平正交试验。采用离散单元法(DEM)对模型试验进行数值模拟，印证模型试验中发现的三种土拱效应演化模型及其演化过程。　　本研究主要内容包括：⑴通过采集到的砂填料图像以及 PIV（粒子图像测速）技术获取的砂填料全场位移等值线图，揭示出当陷阱门向下移动（模拟桩承式路堤桩间土下沉）时，试验填料中首先均出现三角形剪切面，称为初始三角拱。随着移动量的增加，不同参数组合下的初始三角拱出现了三种不同的演化模式。分别为三角滑移面扩展模式、塔形滑移面升高模式和等沉模式；⑵对获取的桩土应力比曲线进行分析。16组模型试验的桩土应力比曲线可以归为三种类型，分别对应于位移图像所反映的三种土拱效应演化模式，每种桩土应力比曲线类型对应的参数组合也基本与位移图像的演化模式的参数组合相对应。通过试验结果总结出了三种演化模式各自的参数组合条件，即适用条件；⑶桩土应力反映了桩承式路堤土拱效应发挥程度，采用正交试验方差分析与极差分析方法，对桩土应力比峰值、峰值对应下移量和桩土应力比残余值分别进行分析。探讨了填料高度、桩间净间距、桩宽和粒径对土拱效应的影响规律和影响程度；⑷对试验观察到的初始三角形滑移面的形态、直线型滑移面的倾角等进行了讨论。试验获取的初始三角形滑移面绝大多数为直线型，统计的初始滑移面倾角与采用残余摩擦角计算得到的主动破裂角相近。通过位移演化图像与桩土应力比曲线对应的下移量分析，初始三角滑移面与最大桩土应力比密切相关，而桩土应力残余值与垂直滑移面的相关；⑸采用大型平面应变试验仪对试验砂料进行了平面应变试验，试验结果反映：对于同一种砂料，颗粒粒径对强度和剪胀性影响不大，相对密度影响较大。试验用砂的摩擦角和剪胀角均较大。利用临界土力学理论，获得了砂料的临界摩擦角，对试验结果的合理性进行了探讨；⑹利用DEM数值模拟探讨了DEM数值模拟中颗粒孔隙率与初始摩擦系数之间的关系，并详细阐述了摩擦系数对孔隙率存在影响的原因，由此给出了一种获得指定孔隙率值的颗粒组装方法。根据砂的平面应变试验强度参数与曲线，选取合适的颗粒形状对试验用砂进行了DEM数值标定，获取了与砂料强度和剪胀性相对应的颗粒细观力学参数；⑺分别选取三种土拱效应模型类型的代表试验，试验1、8和11，采用DEM进行数值模拟，试验结果较好的再现了模型试验得到的三种土拱效应演化模式及其对应的桩土应力比曲线类型，并获取了不同土拱效应类型内部对应的力链分布图。