铁路与公路隧道在西南山区的交通建设中极为常见,是交通建设的关键,由于山区地形条件的制约,隧道连续穿山施工现象较为普遍,导致道进出洞口地段常为地形险峻、岩体破碎、危岩出露的高陡边坡地段,修建明洞结构是保证交通安全的必要手段。受到岩石风化、地震、强降雨等自然因素的影响,坡顶的危岩一旦垮塌,将对隧道明洞段造成直接冲击,严重时将导致明洞结构断裂、垮塌,对公路及铁路交通运输安全造成巨大威胁。因此,充分分析边坡滚石的运动模式、运动机理与规律,了解滚石对明洞结构的冲击特性,可为明洞段滚石的防护提供有力理论借鉴,具有重要研究意义。本文以西南山区铁路隧道为依托,通过理论分析、模型试验与数值计算等方法,研究滚石运动模式、运动机理及其对下方明洞结构的冲击影响,并结合工程实际进行滚石运动轨迹的模拟,为滚石防护设计提供参考依据。首先,将滚石冲击洞口模式进行划分,分析不同运动模式的成因,并进行冲击能量与破坏性对比,便于根据不同滚石冲击模式进行针对性的工程防护。其次,研制下穿隧道边坡危岩崩塌运动机理模型试验系统。根据不同滚石冲击运动模式建立力学模型并进行理论分析,掌握滚石运动规律；进行竖直坠落型、滑移滚动型与碰撞弹跳型冲击运动模型试验,分析明洞结构冲击速度恢复系数变化规律,研究质量与形状的变化对滚石滑移滚动运动特性的影响,并得出不同冲击模式对明洞结构的冲击破坏影响规律。再次,将试验结果与工程实际结合,建立基于可拓法的滚石冲击明洞风险评价模型,并对现场六组危岩的冲击风险进行评定,为滚石防护提供参考。最后,根据现场冲击风险性较高的三条轨迹剖面,建立数值分析模型,进行18种工况的滚石运动轨迹计算,分析滚石质量、崩塌位置与坡面特性对滚石冲击明洞的速度、能量与冲击高度等参数的影响；根据计算结果进行滚石被动防护网的布设位置、范围、高度与冲击能级的设计,并验算防护效果,结果表明,被动防护网的布设可有效防止滚石崩塌对明洞结构的冲击,为降低施工风险,保证交通安全提供有力保障。