我国高速铁路正处于大规模建设和运行维护阶段,如何保证高速铁路基础结构长期稳定成为现阶段面临的突出难题。高速铁路在运营过程对基础结构在列车荷载、重力作用和环境因素影响下的强度、稳定性和耐久性要求都远高于普通铁路;对于路基结构,控制工后沉降发展是保持轨道结构的良好几何平顺性,维持高速铁路线路长期稳定和安全运营的关键;天然土质地基因路堤重力荷载作用产生的具有时间效应的变形是路基工后沉降主要来源,对应的土层厚度即为地基压缩层厚度。中低压缩性土地基在我国分布广泛,具有较好的工程特性,变形和强度特性研究相对匮乏。合理确定中低压缩性土地基的压缩层厚度,既是有效控制地基工后沉降的技术核心,又对优化高速铁路地基处理深度、获得技术和经济相统一的地基加固方案有极大的现实意义。在总结已有的相关研究基础上,对土体变形演化状态特征进行了全面的理论和试验分析,以掌握高速铁路路堤荷载作用下中低压缩性土地基长期变形时间效应状态特征为目标,采用单元结构填土模型试验、三轴蠕变试验和土工离心模型试验等技术手段,在土体变形演化状态判别准则、地基压缩层厚度确定和地基系数K30试验技术等方面开展了深入研究,主要工作和成果如下:1) 土体变形时间效应状态特征分析及试验研究基于单元结构填土模型的小型平板载荷试验,分析了最优含水率下的三种压实度(90%、95%和100%)模型填土的变形时间效应特征随荷载水平的基本演化规律,将土体变形演化状态划为快速收敛、缓慢收敛、缓慢发散和快速发散四种类别;基于土体变形速率随时间呈现负幂函数v(t)xtα形式的衰减规律,论证了收敛变形具有分形特性,推导了分形维数D与变形速率幂次α之间的定量关系,依据二维分维数D∈[0,2],确定了区分变形是否具有时间效应和变形是否收敛的幂次界限值分别为2和1;基于变形速率幂次α随荷载水平的倒“S”型衰减曲线的突变特征,按倒“S”型曲线的相变点α相变Ⅰ和α相变Ⅱ将收敛变形划分为微弱、明显和显著三种时间效应亚状态;按变形时间效应微弱与明显状态之间的相变点α相变Ⅰ、变形收敛与发散的临界幂次值α=1以及变形速率衰减与否的临界幂次值α=0,建立了定量区分土体变形演化四状态的“幂次判别准则”;基于单元结构填土模型试验和三轴蠕变试验,开展了粉质黏土变形时间效应状态特征分析,确定了土体变形演化四状态的三个试验条件下的荷载水平阈值λlⅠ、λlⅡ和λlⅢ和三个偏应力水平阈值λqⅠ、λqⅡ和λqⅢ,借鉴Mohr-Coulomb准则,推导了对应的土体变形状态强度参数。2)高速铁路地基压缩层厚度计算的“时间效应法”基于土体变形状态强度参数,利用地基土中点应力变形状态平衡条件,建立了地基土体变形状态判别方程;结合路堤荷载作用下地基土体自重和附加应力分布特征,将地基土层变形状态沿深度划分为快速发散、缓慢发散、缓慢收敛和快速收敛的四种类别;针对以工后沉降作为控制目标的高速铁路路基工程,提出了以变形时间效应处于非快速收敛状态地基土层作为地基压缩层的“时间效应法”;以压缩层厚度不超过3～5m所对应的土体强度作为仅需浅层处理的地基条件,建立了无砟轨道高速铁路双线路堤下地基变形处于快速收敛状态的抗剪强度控制方程,讨论了满足地基条件下路堤高度所对应的地基土体抗剪强度控制指标及基于地基强度的最大路堤荷载控制值。3)路堤荷载对地基压缩层厚度影响的土工离心模型试验分析运用土工离心模型试验技术,开展了加固深度为10m的中低压缩性粉质黏土地基在路堤荷载作用下的变形演化状态研究,讨论了路堤荷载对地基具有变形时间效应土层厚度的影响。分析表明:地基变形速率幂次αα随路堤高度H的增加呈现先迅速减小后缓慢降低的衰减趋势,地基变形时间效应强弱与路堤荷载之间呈正相关性;基于“幂次判别准则”,结合变形速率幂次αα随路堤高度H衰减曲线的相变特征,推得了地基变形具有时间效应的土层厚度为10m时对应的路堤高度为4～5m,路堤高度由3m增加至6m或者9m时,产生时间效应变形的地基压缩层厚度则由10m以内延伸至10m以下;试验反映的路堤荷载对地基变形具有时间效应土层厚度的影响规律与确定压缩层厚度的“时间效应法”计算结果具有良好一致性,验证了“时间效应法”的可靠性。4)粉质黏土填料在K30试验加载进程中的变形状态分析开展了 90%、95%和100%压实度下粉质黏土填料的小型平板载荷试验,讨论了K30试验进程中填土变形状态的演化特征。分析表明:K30试验的填土变形以弹性为主,处于收敛状态;变形时间效应随荷载增加呈现出由微弱变为明显状态的演化规律,总沉降超过1.25mm后,填土变形时间效应开始显现,由快速收敛变形状态进入缓慢收敛变形状态;以填土变形处于收敛状态、变形量大于1.25mm为约束条件,针对五级加载、0.04MPa荷载增量的加载制度,得到了细粒土压实质量检测K30试验的适宜范围为60～160MPa/m; “最后1min变形不超过当前级1%的变形比”和“变形速率不超过As/min”两种变形稳定标准下,K30试验的分级加载时间随时间效应程度分别呈先增长后缩短和加速增长的变化趋势,后者更符合土体变形稳定时间与时间效应程度的正相关变化规律;As取0.01mm既能节省51%～58%的试验时间,又能将试验误差控制在6%以内。据此,提出了适用于细粒土填料压实质量检测的K30试验“荷载-时间法”,即第N级加载时间TN (min) =2N+1,极大地提高了细粒土填料压实质量检测效率。