高铁路基为高速列车和轨道结构等的支承体,通常为非饱和状态,且直接暴露在复杂的大气环境中。大气环境可以通过降雨、蒸发等对高铁路基的含水率、基质吸力、温度、应力等产生影响。随着降雨入渗,湿润锋逐渐下移,路基非饱和区的饱和度增加,基质吸力逐渐减小。蒸发作用使路基内水分减少,造成基质吸力增大。经过季节性干湿循环作用后,路基内可能发生不可恢复的体变、剪切强度降低和位移的累积。干湿循环和高速列车长期动力荷载共同作用,最终有可能影响高铁路基的长期稳定性,对高铁长期安全运营造成巨大威胁。1.本文以京沪高铁路基典型断面为研究对象,建立了二维水-热耦合高铁路基水分迁移计算模型,通过计算典型砂土、粉土和粘土三种路基在北京、上海两地气候条件下整年的含水率响应,研究了填料类型和气候类型对高铁路基水分迁移的影响。研究表明,大气环境对砂土路基含水率的影响深度较浅(深度<3.0 m),但浅层路基(深度≤1.0m)受大气环境影响非常显著,含水率波动范围较大。粉土和粘土路基的含水率受大气环境影响的深度较深(超过3 m深度),但各深度处含水率波动范围较小。北京气候条件下路基含水率季节性差异较大,上海气候条件下路基含水率随单次降雨波动较显著。2.本文通过非饱和动三轴试验研究了高铁路基填料的动力特性。分别探讨了吸力水平、动荷载加载模式、动荷载幅值、干湿循环幅值和干湿循环次数对高铁路基填料动力特性的影响。研究表明,在较低吸力情况下,高铁路基填料轴向累计塑性应变较大而弹性回弹模量较小。干湿循环对路基填料的动力特性有很大影响,干湿循环幅值越大,高铁路基填料轴向累计塑性应变越小而弹性回弹模量较大。随着干湿循环次数的增加,路基填料有弱化的趋势。3.利用DBLEAVES-X有限元计算软件建立了二维高铁路基土-水耦合计算模型。模拟了降雨-蒸发循环作用下和动力荷载作用下高铁路基的孔隙水压力、饱和度、塑性剪切应变等变化。研究表明,路基孔压在降雨过程中显著增加。蒸发过程中,路基表层的孔压降低,而较深层路基的孔压随前次降雨产生湿润锋的扩散而略有降低。路基的塑性剪切应变在降雨过程中增加显著,蒸发过程中应变值增加有限而塑性应变区有持续发展的趋势。干湿循环作用下,塑性剪切带逐渐沿着坡脚和坡顶的连线方向发展,有可能形成潜在滑裂面,对高铁路基稳定性产生影响。