随着我国高速铁路和客运专线比例的不断增长,出现了大量不同以往、无法预料的新问题。以铁路工程岩土分类标准判定的无或弱膨胀性泥岩为基础的高速铁路路基上拱给行车安全带来了巨大危害。目前对于高速铁路路基上拱问题研究在国内外鲜有报道。本文以兰新高铁为研究对象,采用现场勘测、室内试验、理论计算分析和数值模拟相结合的方法,系统地研究了高速铁路泥岩地基上拱变形规律与路基上拱量计算模型。主要研究工作如下:(1)对兰新高铁路基上拱地段进行现场调研、地质雷达探测和钻孔取样,分析了上拱地段地形地貌、地质分层情况和地质结构,得出了路基上拱是由地基泥岩造成的初步结论。(2)通过对地基泥岩进行X射线扫描发现其含有少量蒙脱石,室内试验显示其自由膨胀率较高,进而通过自制试验装置进行泥岩在不同厚度、不同含水量、不同上覆荷载下的膨胀变形试验,分析泥岩浸水后膨胀变形发展过程及发展阶段,分析不同厚度、不同含水量、不同上覆荷载对泥岩膨胀变形值的影响规律。(3)运用复合材料细观力学理论,从泥岩膨胀微观结构蒙脱石入手,推导了泥岩单位体积内膨胀力计算公式,借助已有研究结论对单位体积内膨胀力计算公式进行简化;引入泥岩膨胀状态参数,借助叠加法力学思想,运用弹性力学原理和岩土力学基本原理,构建了高速铁路泥岩地基在泥岩膨胀状态—上覆荷载—含水量—厚度四因素耦合下地基上拱量计算模型。(4)上拱量计算模型计算结果和室内试验实测结果对比分析,验证了计算方法的正确性;建立了考虑膨胀力的室内试验数值模型,并与室内试验结果和理论计算结果进行对比,验证了该种数值模拟方法的可行性;对泥岩现场原位试验结果、数值模拟结果、理论计算结果对比分析,同时证明了数值模拟方法的推广性和高速铁路地基泥岩上拱变形量计算模型的适用性。(5)运用高速铁路泥岩地基上拱计算模型对兰新高铁路基最大上拱值进行预测,确定路基是否处于稳定状态;分析路基上拱主要原因为膨胀性泥岩和水,采取开挖截水沟整治措施发现已整治过的上拱路基目前上拱变化较缓慢,并且部分路基已趋于稳定,表明该种整治措施对解决兰新高铁路基上拱有重大意义。