福建交通科技2023年第1期1研究背景“土拱效应”是岩土工程中一种常见的现象，是由于土体在力的作用下产生不均匀位移后调动自身强度以抵抗外力的结果。当相邻土体发生相对位移时，“土拱效应”的存在会导致土压力发生重分布，从而影响地下结构的稳定性。Terzaghi[1]通过“活板门”实验证明了“土拱效应”的存在并阐述了其存在的条件。Rui等[2-4]通过一系列“单活板门”和“多活板门”的室内模型实验和数值模拟，研究了砂性土中不同因素对土拱的影响。Song等[5]和Xu等[6]先后通过改进“活板门”实验，研究了地下水位和渗流对“土拱效应”的影响。对于抗震研究来说，振动台模型实验是研究工程结构地震动力响应特性的有效手段之一，许多学者用该方法取得了较好的研究成果。高峰等[7]通过振动台模型实验研究了不同埋深隧道的地震响应特征，结果表明，隧道埋深对隧道的抗震性能影响较大。鲁得文等[8]对黄土隧道洞口段进行大型振动台模型试验。陈强等[9]通过室内模型实验，利用已有研究推导的计算公式和摩尔库伦强度破坏准则计算室内模型中直观土拱的破坏荷载。经典“活板门”实验虽能较好的演示和说明“土拱效应”，但该实验并不能模拟洞室初始开挖形状对土拱效应的影响。此外，有关“土拱效应”影响因素的研究虽然众多，但鲜有涉及地震作用的成果出现。随着国内基建项目在地震高烈度地区（如川藏铁路）的大量开展以及近些年来国内外地震频发，使得研究地震作用下的“土拱效应”具有了紧迫性。基于以上判断，本文通过改进的“活板门”实验，研究了地震作用下不同因素对土拱效应的影响及土拱几何形态的变化过程，主要通过土拱的几何形态变化，进一步研究其抗震稳定性。2模型实验2.1实验准备本实验模型系统包括自制模型箱、自制开挖面模型和振动台。实验采用40cm×25.5cm×70cm的自制模型箱，如图1所示。箱子的顶部开口，便于实验过程中填土、加压等操作。箱体由透明有机玻璃板焊接而成，用黑色马克笔画出2.5cm×2.5cm的正方形网格，便于实验过程中直接观测土体的变化。同时在箱体底部两侧相对位置预留出直径12cm的圆形孔洞，用于放置开挖面模型。自制开挖面模型如2所示，由光滑的塑料外皮和26块直径和厚度一致的圆木盘组成。其中圆盘厚度1cm，直径12cm。每个圆盘再按照A、B、C3个区域切割成更小的块体，用以开挖时模拟开挖次序。整个开挖面模型拼接完成后是一个底面直径12cm、高26cm摘要针对洞室土拱稳定性问题，通过室内模型实验，研究地震作用下砂土含水...
