赵志国，王炳龙，韩高孝，唐 斌，梁 杰

（1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804；2.中水电成都建设投资有限公司，成都610212；3.中国水利水电第七工程局有限公司，成都610081）

土拱现象在岩土工程实践中较为常见［1-2］，例如桩基工程中针对土拱效应的研究，对解决桩基合理间距［3-6］、桩基承载力以及应力传递特性［7-9］等问题具有重要意义。另外，如何合理确定砂土地层中隧道土拱的范围及土拱效应的稳定性是决定隧道土压力荷载是否合理的关键因素［10］。实践表明在岩土工程中充分利用拱效应，不仅有助于预防工程事故的发生，而且可以得到良好的工程效益。太沙基［11］利用砂土的Trap-door 试验证实了土拱效应的存在，在试验的基础上推导了松动土压力的解析表达式；武军［10］基于椭球理论、陈若曦［12］考虑土拱作用下主应力偏转、李文博［13］基于侧压力系数分别对太沙基松动土压力公式进行了修正；Adachi［14］等利用三维砂土Trap-door试验模拟隧道施工过程支护压力的变化；Fin［15］运用连续介质理论给出了Trap-door 平移或旋转时竖向应力的平面应变弹性解；Evans C H［16］给出了无黏性、均匀、各向同性土体中Trap-door 向上和向下运动时的平面应变塑性解；Koutsabelouis［17］利用有限元分析不同高宽比条件下Trap-door下降过程中Trap-door上竖向应力的变化。

虽然诸多学者针对土拱效应问题提出了不同的计算模型，但实际上土颗粒并不是连续的，应用有限元、有限差分等方法不能有效地模拟土颗粒的大变形、流动等诸多问题。离散元方法克服了传统连续介质力学模型的宏观连续性假设，可从细观层面上对土的工程特性进行数值模拟，并通过细观参数的研究来分析宏观力学行为。……