随着国家经济的发展,适合国情的城际快速铁路线路和国家高速铁路网线正在大规模的规划建造中。铁路网线越来越密集,原本不宜修建路堤的不良地质条件(冲填土、有机质土、膨胀土等高压缩或中等压缩性土)路基难免会被规划为高速铁路途径之地。在提高地基承载力、控制施工沉降和工后沉降以及不均匀沉降上,桩承式路堤有着较大的优势,在建造速度和经济效益上其也有着明显的优点。近年来桩间土下沉过程中的路堤变形与土拱演化规律逐渐受到了重视。为了充分揭示桩承式路堤土拱演化规律,课题组开发了桩承式路堤的多沉陷门(Multi-Trapdoor)试验箱装置,采用椭圆钢棒相似土(analogical soil)作为路堤填料进行了随桩间土下沉的土拱演化模型试验。试验装置通过粒子图像测速技术(PIV技术)获取填料全场变形,使用自制的载荷板分别得到填料底面的桩土荷载分布。在试验组中,调整桩间净距、桩宽、填料高度等参数,得到不同条件下路堤演化形态的变形规律。然后在加筋工况下进行另一组试验,重点分析了加筋条件与未加筋条件的异同,以及加筋体参数变化对荷载传递和土拱形态的影响。为了直接了解路堤填料中土拱荷载传递机理,建立了与模型试验相一致的数值模型,观察模型中力链的变化规律来展示土拱结构的发展变化。论文得到如下结论:(1)钢棒相似土填料在形态上与稍密实的砂土特性相似,能够反映的峰值强度与剪胀性,但实际的摩擦系数和不规则性比砂填料要低。(2)钢棒桩承式路堤的土拱演化模式分为三类:三角形扩展型,塔形升高型和等沉面型。演化过程均由初始三角形下移区域开始,不同的填料高度、桩间净距与桩体宽度条件决定了路堤土拱的形态。(3)三种演化模式中,等沉面模式的桩土应力比数值最大、随桩间土下沉峰值后期降低比例最少,反映土拱效应发挥程度最高,土拱效应发挥稳定。(4)桩承式路堤采用加筋体后,填料的沉降位移受到限制,不均匀沉降和沉降均减少,土拱演化类型可分为等沉面型和非等沉面型。(5)加筋路堤试验格栅的最终沉降量与桩间净距正相关,与格栅强度负相关,与桩宽无关,与填料高度关系不显著。荷载传递效率与格栅最终沉降量关系密切。接近最终沉降量时,格栅拉膜效应发挥主导作用,荷载传递效率增长迅速。(6)格栅加筋对路堤填料的土拱效应有影响,是由桩土差异沉降的减小导致的,采用桩顶格栅加筋可以最大发挥格栅的张拉膜效应,并有效的抵消加筋体对土拱效应的影响,提高路堤荷载传递效率。(7)数值试验的结果与模型试验相近,桩承式数值模拟可以较好的模拟模型试验的应力应变特性,也能反映出室内试验条件下桩承式路堤位移演化情况。分析数值试验力链的变化规律,可以得到路堤中的“土拱结构”随桩土沉降差异增大会发生“形成发展-稳定-破坏重构”的演化过程。