在我国西部地区,落石灾害具有发生频率高、破坏性强等特点,对铁路事业的发展带来了巨大安全隐患,拱形明洞具有抗冲击性能好、受力合理等优点使其在工程实践中得到了很好的应用。本文针对落石致灾的全过程进行了研究,从落石崩落,运动轨迹,冲击力,单压式拱形明洞防护结构受到冲击以后的动力响应以及其不同回填方式的缓冲效果进行了评判。主要研究内容及成果如下:(1)地震条件下落石形成机理利用离散元颗粒流数值法对边仰坡处危岩体进行建模、计算和分析,地震是危岩崩落形成落石的条件之一,地震作用下危岩体的结构面处强度降低,使得危岩体脱离母岩形成落石;地震能够加速落石沿坡面的下落;落石冲击力的大小和落石的体积呈正相关。落石的运动轨迹可以确定落石的威胁区,可根据此范围增设被动防护结构的长度,在隧道间距较窄处可采用全连接的方式布置明洞以加强对落石的抵御能力。(2)落石冲击下单压式拱形明洞动力响应基于动力有限元方法建立单压式拱形明洞结构模型,记录冲击过程中结构中不同部位内力、应变率、位移、基底反力、能量等指标的动力响应,以此确定了冲击过程中结构中受力显著部位,同时确定了竖向冲击为最不利冲击方式,为设计施工工作提供参考依据。(3)落石冲击下单压式拱形明洞回填方式研究对工程上常用的5种回填方式的回填效果进行了模拟计算,分为冲击阶段和静力平衡阶段,利用打分法对5种回填方式在两个阶段的缓冲效果进行了比较,综合评判出最优的回填方式为在耳墙外侧施加自然堆积土回填,在拱圈-耳墙之间施加混凝土填充、拱圈上侧采用回填土,结构顶面采用粘土填充的回填方式。