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土拱效应的存在使得本应传递到土的部分荷载转移到结构上，充分发挥了结构的抗压强度，从而在保证地下结构安全使用的前提下，实现了更加经济合理的目的。自1936年太沙基通过活动门试验对成拱过程进行首次系统性探究以来，土拱效应理论已发展及实践了80余年，但目前的成果大多局限于静力学的研究。然而随着结构设计要求的提高，特别是从稳定性设计到变形控制设计的转变，动荷载的影响研究越来越引起学者们的关注。
已有的研究表明，当上覆土厚度较小时，土拱效应会不可避免的受到瞬时或长期动荷载的影响，进而重新调整至稳定或破坏。因此，研究土拱效应在动荷载作用下的退化具有重要的工程意义。但是目前针对长期动荷载对土拱效应影响的研究仍十分匮乏，仅限于对这一现象的定性发现，而对其过程的认识、变化特性、阈值等尚无科学合理的解答。为此，本文从影响土拱效应稳定性的因素入手，设计了动力加载模型试验，通过对应力场和位移场的观测，提出了动荷载作用下土拱效应退化过程和退化形态，并在此基础上对土拱效应退化过程中的动力阈值展开了研究，主要的研究内容及结论包括：
(1)设计了土拱效应在动荷载作用下退化规律的活动门试验装置。配备了差异沉降调节系统可精确模拟活动门位移，在下移过程中连续、同步的采集土压力以及填土表面的照片，并通过PIV技术获取全场位移数据。
(2)进行了不同活动门位移量下形成的初始土拱效应动力加载试验。通过填土中同一高度处活动门侧边与活动门上方应力比以及活动门位移与活动门宽度的比值η，探讨了土拱效应随着η的变化过程；根据应力分叉点，给出试验中土拱效应高度的范围，结合位移场给出了土拱效应形态的确定方法：
①随着η的增加，填土中同一高度处的活动门侧边和活动门上方两个位置的应力比会产生稳定、上升、短暂稳定、峰值、下降、稳定6个阶段。表明土拱效应逐渐形成后，先加强后削弱。
②土拱效应形态可用“土拱效应下边界”和“土拱效应上边界”描述：活动门下移后产生的脱空区边缘为下边界；填土中土拱效应存在范围的包络线为上边界，本文为0.3mm颗粒位移等值线(精确度为0.1)。
(3)在活动门下移后形成的不同土拱效应基础上，施加幅值5kPa，频率5Hz动荷载，振动次数1万次。研究了应力场和位移场随振次的变化规律，提出了土拱效应退化过程和退化形态：
①土拱效应在动荷载作用下的退化过程经历以下三个阶段：a.土拱效应逐步加强，表现为应力比由1开始增大；b.土拱效应开始削弱，表现为应力比开始逐渐下降至1；c.土拱效应的高度增加，土拱效应向着填土表面发展。
②根据土拱效应下边界高度hs的变化，土拱效应在动力作用完成后存在三种状态：稳定、退化后稳定和退化后破坏。对于退化后稳定状态，hs随振次的曲线存在拐点，拐点之前hs会随着振次的增加线性增加，且η越大，hs的变化速率越快；拐点之后hs保持不变。对于退化后破坏状态，hs曲线随着振次的增加始终线性增加，直到土拱效应下边界到达填土表面。
③初始土拱效应下边界为三角形，其滑移面倾角β约为45°。β的变化规律可分为三种：稳定；线性增加后稳定；快速增加至90°，即产生垂向滑移面。
④土拱效应上边界高度he随振次N变化的函数分为两类：η≤0.71，he随振次N的变化可用幂函数表示；η＞0.71，he随振次N的变化可用多项式表示。
⑤土拱效应扩展角α表征了当土拱效应出现垂向滑裂面后继续振动，土体产生的破裂面，同时反映了土拱效应上边界在振动过程中的形态变化。α随振次变化的函数分为两类：η≤0.71，α随振次N的变化为线性增加；η≤0.71，α随振次N的变化为多段函数，分别可用线性函数和指数函数表示。
⑥土拱效应下边界在动力作用过程中的退化形态可用椭圆曲线描述，结合土拱效应上边界高度he和土拱效应扩展角α的表示方法，可以得到土拱效应在动力作用下的退化模型。
(4)探寻了稳定、退化后稳定以及退化后破坏之间的两个临界阈值退化临界荷载Pt和破坏临界荷载Pp，研究了频率和填土高度两个因素对其影响：
①退化临界荷载Pt和破坏临界荷载Pp十分接近，表明当土拱效应已处于退化状态，轻微的增加扰动均会使得土拱效应产生破坏。
②在1Hz≤f≤15Hz范围内，退化临界荷载Pt和破坏临界荷载Pp与动荷载频率呈负线性相关，表明频率越高，土拱效应越不稳定。
③提高填土高度与活动门宽度的比值(h/B )对于土拱效应稳定性有着显著提高，破坏临界荷载Pp随着h/B的增加以指数形式增加。
已有的研究表明，当上覆土厚度较小时，土拱效应会不可避免的受到瞬时或长期动荷载的影响，进而重新调整至稳定或破坏。因此，研究土拱效应在动荷载作用下的退化具有重要的工程意义。但是目前针对长期动荷载对土拱效应影响的研究仍十分匮乏，仅限于对这一现象的定性发现，而对其过程的认识、变化特性、阈值等尚无科学合理的解答。为此，本文从影响土拱效应稳定性的因素入手，设计了动力加载模型试验，通过对应力场和位移场的观测，提出了动荷载作用下土拱效应退化过程和退化形态，并在此基础上对土拱效应退化过程中的动力阈值展开了研究，主要的研究内容及结论包括：
(1)设计了土拱效应在动荷载作用下退化规律的活动门试验装置。配备了差异沉降调节系统可精确模拟活动门位移，在下移过程中连续、同步的采集土压力以及填土表面的照片，并通过PIV技术获取全场位移数据。
(2)进行了不同活动门位移量下形成的初始土拱效应动力加载试验。通过填土中同一高度处活动门侧边与活动门上方应力比以及活动门位移与活动门宽度的比值η，探讨了土拱效应随着η的变化过程；根据应力分叉点，给出试验中土拱效应高度的范围，结合位移场给出了土拱效应形态的确定方法：
①随着η的增加，填土中同一高度处的活动门侧边和活动门上方两个位置的应力比会产生稳定、上升、短暂稳定、峰值、下降、稳定6个阶段。表明土拱效应逐渐形成后，先加强后削弱。
②土拱效应形态可用“土拱效应下边界”和“土拱效应上边界”描述：活动门下移后产生的脱空区边缘为下边界；填土中土拱效应存在范围的包络线为上边界，本文为0.3mm颗粒位移等值线(精确度为0.1)。
(3)在活动门下移后形成的不同土拱效应基础上，施加幅值5kPa，频率5Hz动荷载，振动次数1万次。研究了应力场和位移场随振次的变化规律，提出了土拱效应退化过程和退化形态：
①土拱效应在动荷载作用下的退化过程经历以下三个阶段：a.土拱效应逐步加强，表现为应力比由1开始增大；b.土拱效应开始削弱，表现为应力比开始逐渐下降至1；c.土拱效应的高度增加，土拱效应向着填土表面发展。
②根据土拱效应下边界高度hs的变化，土拱效应在动力作用完成后存在三种状态：稳定、退化后稳定和退化后破坏。对于退化后稳定状态，hs随振次的曲线存在拐点，拐点之前hs会随着振次的增加线性增加，且η越大，hs的变化速率越快；拐点之后hs保持不变。对于退化后破坏状态，hs曲线随着振次的增加始终线性增加，直到土拱效应下边界到达填土表面。
③初始土拱效应下边界为三角形，其滑移面倾角β约为45°。β的变化规律可分为三种：稳定；线性增加后稳定；快速增加至90°，即产生垂向滑移面。
④土拱效应上边界高度he随振次N变化的函数分为两类：η≤0.71，he随振次N的变化可用幂函数表示；η＞0.71，he随振次N的变化可用多项式表示。
⑤土拱效应扩展角α表征了当土拱效应出现垂向滑裂面后继续振动，土体产生的破裂面，同时反映了土拱效应上边界在振动过程中的形态变化。α随振次变化的函数分为两类：η≤0.71，α随振次N的变化为线性增加；η≤0.71，α随振次N的变化为多段函数，分别可用线性函数和指数函数表示。
⑥土拱效应下边界在动力作用过程中的退化形态可用椭圆曲线描述，结合土拱效应上边界高度he和土拱效应扩展角α的表示方法，可以得到土拱效应在动力作用下的退化模型。
(4)探寻了稳定、退化后稳定以及退化后破坏之间的两个临界阈值退化临界荷载Pt和破坏临界荷载Pp，研究了频率和填土高度两个因素对其影响：
①退化临界荷载Pt和破坏临界荷载Pp十分接近，表明当土拱效应已处于退化状态，轻微的增加扰动均会使得土拱效应产生破坏。
②在1Hz≤f≤15Hz范围内，退化临界荷载Pt和破坏临界荷载Pp与动荷载频率呈负线性相关，表明频率越高，土拱效应越不稳定。
③提高填土高度与活动门宽度的比值(h/B )对于土拱效应稳定性有着显著提高，破坏临界荷载Pp随着h/B的增加以指数形式增加。