落石冲击下拱形明洞结构的力学响应,与结构特征、落石条件及回填方式等众多因素有关,受力机理复杂,只有将拱形明洞在落石冲击下的结构受力机理研究清楚了,才能使结构设计更加安全和经济,才可能使定性的经验设计过渡到科学的可靠性设计上来。本文以我国新建时速200公里客货共线铁路双线路堑式拱形明洞结构为研究对象,采用离散元和有限元相结合的方法对落石冲击拱形明洞结构冲击力大小影响因素、冲击荷载及荷载效应开展研究。主要研究内容及成果如下:（1）离散元颗粒流数值计算模型的建立。采用离散元颗粒流PFC3D软件,通过三轴试验校准得到与材料宏观物理力学性质一致的细观参数,建立了不同坡度、落石下落高度、回填土厚度、落石重量和坡面性质条件下防落石拱形明洞结构数值计算模型。（2）运用正交设计理论,选择正交表为L₂₅（5⁶）的正交试验方案,考察坡度、落石下落高度、回填土厚度、落石重量和坡面性质这五个因素对落石冲击拱形隧道明洞结构的影响,以结构拱顶受到的冲击峰值力作为评价指标,采用极差分析和方差分析进行了影响因素显著水平检验。研究结果表明,回填土厚度对落石冲击拱形隧道明洞结构的冲击力影响最显著。（3）采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元仿真软件,对落石冲击下拱形明洞结构力学响应进行研究。首先,从落石与回填土之间的相互作用入手,比较了落石对回填土表面的冲击力、由回填土传递到结构表面的冲击土压力（合力）以及拱顶表面受到的冲击压应力及其对应最大峰值之间的关系,提出应采用拱顶表面受到的冲击压应力作为落石冲击荷载;其次,对落石冲击荷载效应如结构的应力、应变、应变率、位移、加速度等响应进行了分析,对墙脚、仰拱底部地基反力进行了分析,分析得出拱顶是结构受力最不利部位,仰拱处基底反力响应滞后于墙脚基底反力响应;最后,进行了落石不同势能下结构各部位峰值响应最大值的曲线拟合,拟合出响应趋势曲线方程。