近年,中国高铁事业正值蓬勃发展,高铁建成和在建规模巨大,高铁路线遍布大江南北,同时高铁运行的最高速度也在继续不断刷新新高。高铁路基作为高铁的轨道基础,是保障高铁运行的重要因素之一,保证路基具有足够强度和应有的稳定性就显得十分重要。由于路基长期承受高铁列车动荷载和静荷载影响,同时完全暴露在自然环境中,在运营一定时间后难免出现各种缺陷,如裂缝和塌陷等。因此,需要对路基进行检测,判断路基的危害程度,及时采取措施进行修复,保障高铁安全运营。在高铁路基检测领域中,传统使用的方法包括以地震波理论为基础反射地震法和以电磁理论为基础的地质雷达等方法。这些方法都能得到一定的效果,但是也存在着一定的不足,如地质雷达的优势在于分辨率高,效率高,不足在于电磁波在土层的衰减快,影响其探测深度。瑞利面波在非均匀介质中具有频散特征,利用不同频率成分可对不同深度介质情况以不同分辨率进行探测或检测。本文基于数值模拟软件,针对高铁无砟轨道路基结构基床表层与底层结构及基床表层中常见缺陷建立相应模型,从地震记录、波场快照、速度频散和椭圆极化率这四个方面对相应模型进行分析和研究。主要研究内容如下:(1)瑞利面波椭圆极化率和瑞利面波速度频散基础理论研究。对瑞利面波椭圆极化率和速度频散的计算方法展开介绍,对计算椭圆极化率、提取速度频散曲线进行介绍。(2)通过有限元模拟软件,对均匀、层状、含空洞和裂缝模型进行二维数值模拟,提取相应模型的地震记录和波场快照。根据地震波能量强弱、速度大小和走时关系直观观察地震波的传播特性以及在分界面的地震波转换特点。(3)使用地震记录提取对应模型的速度频散曲线,绘制相应的速度频散剖面图。同时计算相应模型的椭圆极化率值。分析两种方法在不同模型中的响应特征,以及两种方法对于被探测目标识别的精确度。(4)结合实际路基工程,分别使用地质雷达、速度频散和椭圆极化率方法进行检测。结合施工设计资料,对比三种检测结果,讨论速度频散方法和椭圆极化率方法在路基检测上的效果。基于以上研究,得到以下结论:(1)主动源激发场中,瑞利面波椭圆极化率的计算受体波等干扰波的影响十分明显,体现在出现高低相邻的椭圆极化率异常值,干扰越大,其椭圆极化率异常区区域越大。椭圆极化率方法通过单点采集三分量数据,效率高,场地适应性更强。(2)通过水平层状模型和局部异常体模型的数值模拟研究发现,速度频散方法能较好识别出水平分界面和异常体位置和形态,而椭圆极化率方法对于水平分界面及异常体的存在也有明显反应,但椭圆极化率对其具体位置和形态的识别存在一定误差,还需要做进一步研究。(3)在实际路基工程结构检测时,对于路基材料不同分界面的探测中,验证了上述数值模拟的结果。本论文主要基于有限元数值模拟方法,建立高铁路基结构模型及包含常见缺陷的结构模型,并对相应模型进行地震波全波场数值模拟,提取波场快照和地震记录,分析地震波在各模型中的传播特性。通过地震记录计算速度频散和椭圆极化率,分析研究地震波对不同模型的响应特征,为利用瑞利面波对路基等线下工程检测提供理论基础,对促进和完善瑞利面波学科理论,指导实际工程有极大作用。