2018年底,我国高速公路总里程已突破14万公里,里程规模高居世界第一。高速公路建设已经进入平稳发展阶段,工作重心正在由新建高速公路过渡到养护现役高速公路。现役高速公路与新建高速公路的区别在于:一是现役高速公路的变形是在路堤静荷载、加铺附加荷载、交通动荷载耦合作用下产生的;二是现役高速公路结构为路面-路堤-地基复合结构。在已有研究中,其主要研究对象是新建高速公路,或者是高速公路静力学特性,而对交通荷载作用下现役高速公路,特别是静、动荷载耦合作用下的研究相对较少。本文采用大比尺模型试验、数值模拟以及理论分析相结合的方法,对静、动等复杂荷载耦合作用下现役高速公路路面-路堤-地基结构的荷载传递机理进行了系统研究,着重探讨了外部荷载条件、内部几何尺寸对动力响应的影响,并初步探讨了车辆荷载作用下X形桩复合地基长期沉降计算方法,以及移动点荷载作用下桩承式路堤应力简化计算方法。本文开展的主要研究内容和取得的成果如下:(1)提出了一种移动荷载作用下桩承式路堤应力的简化计算方法。该方法通过路堤材料的动剪切模量衰减曲线考虑路堤材料的非线性行为,可以用来评估车辆荷载作用下土拱作用的弱化,分析重复点荷载作用下路堤内部应力的变化规律。当不考虑移动荷载作用时,简化计算方法的结果与其他静力模型的结果接近。通过参数分析发现,当速度比小于0.43时,荷载传递效率E_m几乎保持稳定。当速度比超过0.43时,荷载传递效率E_m急速减小。随着点荷载P的移动,荷载传递效率E_m发生类似正弦函数的波动。(2)开展了交通荷载作用下现役高速公路动力特性模型试验研究,揭示了动力响应受静荷载、动荷载振幅、动荷载频率等外部荷载条件影响的变化机理,分析了动荷载作用下的桩土应力比、路堤动应力、垫层应力传递系数、格栅动应变、X形桩桩身动应力的变化规律。研究结果表明,随着车辆载重和动荷载振幅的增加,转移到桩间土上的动应力也在增加,并且存在线性关系。在不同车辆行驶速度作用下,应变增量比和动应变比存在线性关系。当动应变比大于0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。(3)开展了交通荷载作用下不同地基处理方式的现役高速公路动力特性数值模拟研究,分析了不同车速、不同沥青加铺厚度对路面-路堤-地基结构的动位移、动应力的影响,并进一步探讨了路面-路堤-地基结构对于移动汽车荷载能量传递的规律。研究结果表明,随着沥青加铺层厚度的增加,两种地基处理方式的路面-路堤结构整体抗弯刚度均会增加,路面垂直动位移的峰值在减少,运动模式由双向振荡逐渐向单向振荡过渡。X形桩桩周土体的动力响应存在2R_外范围的非对称异形效应。随着离桩轴心距离的增加,异形效应逐渐减弱,慢慢呈现出对称效应。路堤以及X形桩起到了纵向传递和横向阻隔应力波的作用,将动应力能量限定在路堤范围内。(4)开展了交通荷载作用下现役高速公路长期沉降计算方法研究,分析了不同桩间距、不同路堤高度、不同X形桩开弧角度下桩侧摩阻力和动偏应力的分布特征,并提出了适用于交通荷载作用下X形桩复合地基长期沉降的计算方法。该方法可以计算不同路堤高度、桩间距、开弧角度情况下土体的塑性应变,并且考虑了X形桩桩周不同截面处土体变形特性。只需要建立一个基础模型,就可以得到不同几何条件下复合地基的沉降,能够快速、有效地进行参数分析。