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随着我国西部大开发战略的深入推进,铁路、公路建设不断向山区延伸,隧道洞口边坡落石灾害日益突出。由于隧道洞口边坡往往地形险峻、岩体破碎,危岩落石分布范围广,从源头上完全治理需要耗费巨大的人力、物力。为确保隧道洞口车辆运营安全,除采用主动网、被动网等措施进行防护外,一般还会接长明洞加以防护。针对滚动落石碰撞回弹特性研究较少、落石冲击拱形明洞结构研究尚不明晰的情况,本文以成兰铁路某隧道洞口边坡为依托,采用现场调研、理论分析、模型试验、数值模拟等相结合的方法,对隧道洞口坡面落石运动特性和冲击拱形明洞作用机理进行了系统性研究,论文主要工作及研究成果如下:（1）基于Hertz接触理论、理想弹塑性接触理论等推导了落石与边坡碰撞法向恢复系数计算方法。并以运动学为基础,考虑落石与坡面碰撞过程中摩擦系数的影响,提出了不同碰撞状态下落石切向恢复系数计算公式,探讨了落石法向恢复系数、碰前角速度、滑动摩擦系数、滚动摩擦系数等对切向恢复系数的影响。（2）采用模型试验研究了落石质量、形状、冲击角、下落高度和坡面沙土厚度对滚动落石碰撞恢复系数的影响,并基于坡面沙土厚度与落石直径之比,提出了考虑落石尺寸、坡面沙土厚度的落石恢复系数计算方法。研究结果表明:落石质量对恢复系数的影响有一个阈值;落石形状对恢复系数有显著影响,球体落石法向、切向、运动学和水平恢复系数最大,圆柱体落石次之,立方体落石最小;随着冲击角的增大,落石运动学、能量和竖直恢复系数均呈线性减小趋势,切向恢复系数先减小后增大,水平和角速度恢复系数先增大后减小,法向恢复系数没有明显的变化趋势;随着沙土厚度增大,落石切向、运动学、能量、水平和角速度恢复系数均减小,法向恢复系数先减小后增大,竖直恢复系数先增大后减小;落石下落高度对恢复系数的影响较为复杂,与沙土厚度密切相关。（3）以某隧道洞口边坡为依托,基于现场落石试验和模型试验获得的落石法向和切向恢复系数,采用数值模拟方法研究了落石形状对落石运动特性的影响,获得了隧道洞口坡面潜在危岩落石运动轨迹和冲击隧道明洞的能量,可为落石灾害防治和明洞结构设计提供参考。研究结果表明:球体落石在边坡以滚动、碰撞弹跳运动为主,运动过程中速度逐渐增大;立方体、长方体落石在边坡以碰撞弹跳运动为主,水平方向速度呈台阶式增大趋势,竖直方向速度呈锯齿式增大趋势;立方体落石冲击隧道明洞位置距边坡距离最大,长方体落石次之,球体落石最小;不同形状落石平动动能没有明显的差异,球体落石转动动能最大。（4）采用模型试验对落石冲击拱形明洞结构进行了研究,通过改变落石质量、下落高度和回填土厚度探明了落石冲击作用于明洞结构的压应力传递规律以及明洞结构的动力响应规律。并将模型试验结果与数值模拟结果进行对比,验证了数值模拟方法的可靠性。（5）以双耳墙式明洞作为研究对象,采用动力有限元方法对落石冲击荷载、明洞结构的动力响应规律进行了研究,提出了计算落石冲击力、冲击压应力和结构动力响应的方法。结果表明:随着回填土厚度的增大,落石冲击力没有明显变化,而落石冲击压应力迅速减小;落石冲击压应力随着距落石冲击点水平距离增大而减小,近似成圆台形分布,其扩散角约为50°;双耳墙式明洞结构拱顶和拱脚是主要受力部位,其中,拱顶内侧、拱脚外侧主要受拉,拱顶外侧、拱脚内侧主要受压;落石冲击力、冲击压应力、明洞结构主要受力部位第一主应力均随落石质量、冲击速度增大而增大。