随着“一带一路”倡议的深入推进,规划在我国西部黄土地区的交通基础建设越来越多,同时也难以避免的会处在高烈度地震区,黄土边坡具有坡度陡峭,裂隙发育丰富的特点,是频繁发生地震灾害和黄土滑坡的原因。因此穿越该地区的黄土隧道交通建设备受关注,由于隧道洞口段属于易损部位。针对黄土边坡、支护结构及隧道三者耦合作用下,黄土隧道洞口边仰坡稳定性以及抗震性能需重点研究,对隧道建成后的正常使用以及震后快速修复具有重要的现实意义。本文采用颗粒流PFC进行数值模拟和大型振动台模型试验两种方法针对性进行研究。主要考虑的是有无坡面支护结构这一因素,来研究边坡、支护结构、隧道三者在等工况下的响应规律,分析三者间的关系,不稳定和损伤的规律以及力变形的特征。主要进行了以下的研究:(1)回顾国内外有关受地震影响的隧道破坏,地震动作用下边坡颗粒流的建模以及参数标定和选取的文献,为后续数值模拟的建模计算和振动台模型试验的制模及结果分析提供参考。(2)借助颗粒流(PFC5.0)数值模拟,分析了有无坡面防护结构的黄土隧道坡体。分析结果显示,对地震动力作用表现出“趋表性”和“放大效应”的特征,护坡和隧道的耦合,抑制了土体的不规则运动,使其速度、应力传递及位移在一定程度上得到衰减,衰减较为明显的是水平位移,护坡能在很大程度上抵抗水平方向的振动,促使黄土隧道坡体从疏松的状态趋于紧密的一个整体。(3)设计并完成了1∶80比尺的高陡黄土边坡大型振动台模型试验。通过输入不同类型,振幅和频率的地震波,探讨地震作用下模型洞口段的坡体动力响应规律以及地震动参数对动力响应的影响。坡面的PGA随着测点高程的增大而波动式增长,在隧道位置,PGA有突然减小的过程。说明隧道的存在对坡面加速度的放大作用具有一定的抑制作用。有护坡结构的黄土隧道坡面能在较长的振动次序中保持边坡体的稳定,使坡面测点的PGA约束在相对很小的范围内。在土压力响应方面,护坡处的土体,其土压力为负值,且随着工况的增加,呈“拉锯式”波动,此处的土压力表现为被动土压力。反之没有护坡存在的土体,其土压力表现为正值,指向临空处。(4)将数值模拟的数据与振动台试验数据进行总结分析,提出拟合公式。在地震波相互叠加形成复杂的地震波场中,土体率先破坏所处的范围,可以通过公式计算而出,受距隧洞中心远近以及坡面高程影响,推测出大致在距隧洞中心1.25—1.5倍隧洞半径处。结论有助于揭示黄土隧道坡体在地震作用下的失稳机制,为工程的抗震设计提供有益的参考。