目前,高填方明洞是当今交通线路设计中常用的结构物,其受力特性及结构设计方面尚有诸多问题仍需探讨。国内外大多数学者已在高填方明洞及其减载结构土压力分布规律和明洞设计方面取得一定研究成果,然而,基于EPS板减载的不同结构型式的高填方明洞内力和衬砌厚度变化规律的研究鲜有报道。因此,本文通过数值模拟和模型试验的方法对高填方明洞及其减载结构进行结构优化,研究了不同结构型式的明洞及其减载结构内力和衬砌厚度的变化规律,揭示了EPS板的减载力学特性,给出了最优结构型式的高填方明洞,最后,验证了有限元计算方法的正确。本文主要研究内容和创新如下:(1)对不同密度的EPS板进行单轴压缩试验,得到密度为12kg/m~3、15kg/m~3、20kg/m~3、30kg/m~3的EPS板力学特性,为数值模拟及模型试验的参数取值提供依据。(2)利用ANSYS软件建立高填方明洞结构模型,从EPS板材料的力学性能和减载机制分析,研究了减载前后的原明洞各部位内力和衬砌厚度的变化规律,确定了密度为12kg/m~3、厚度为2m的EPS板的最佳减载高度。(3)对原明洞各部位(拱顶、拱肩、拱腰、边墙型式和仰拱)进行参数优化,分析了50m填土荷载作用下不同结构型式的明洞内力和衬砌厚度,得到最优结构型式的高填方明洞,将最佳减载效果的EPS板铺设在不同结构的明洞顶进行减载分析,得到最优结构型式的减载明洞。(4)通过模型试验,对减载前后的原明洞和优化后的明洞进行内力测试,减载前后原明洞内力随填土高度的变化规律试验结果与数值模拟结果对比,验证了数值模拟计算方法的正确性;减载前与减载后明洞内力变化规律的对比,验证了EPS板减载的有效性;优化后的明洞与原明洞的结果对比,验证了明洞结构优化的必要性。