重载铁路因其运能大、运输成本低、节能环保、效率高等优点将成为我国继“高速铁路”之后重要发展方向,建设重载铁路对解决能源分布与工业集中区分化问题,优化资源配置,盘活地方经济具有重要意义。然而随着列车轴重和行车密度的增加,重载铁路隧道基底结构发生病害的几率大大增加,这对重载铁路隧道的长期行车安全具有重大影响。本文基于二维颗粒离散元法,建立单线重载铁路隧道模型,研究重载列车荷载作用下,隧道底部结构与围岩的动力响应特性,再现隧道基底结构长期重复重载列车荷载作用下,基底结构所发生的脱空过程与劣化过程,从细观尺度对基底结构的脱空劣化机理进研究。本文主要研究成果如下:1、基于颗粒流离散元方法,建立重载列车振动荷载作用下的隧道围岩相互作用模型,对未脱空状态进行动力计算分析,研究列车振动荷载在隧道底部结构及围岩中的动力响应规律,明确隧道基底结构的受力危险部位,及列车振动荷载在围岩中的影响深度,进一步对基底围岩不同脱空程度的动力计算,对比分析基底脱空前后及不同脱空程度下的基底结构的动力响应特性,探明脱空对基底结构的动力响应影响。2、采用二维颗粒离散元法建立重载铁路隧道简化模型,基于重载铁路隧道基底在长期重载列车荷载重复荷载作用后期,即损伤积累到中等损伤阶段,再现隧道基底结构与围岩脱空的细观演化过程,通过监测基底围岩的位移、孔隙变化、裂缝发展情况等,从宏细观层面探明隧道基底脱空机理,同时基于二维颗粒离散元流固耦合方法进一步分析基底富水对基底脱空的影响。3、针对基底结构含有未除净弃渣,基底脱空,钢筋锈蚀等先天缺陷或后天病害等情况,从细观尺度对其重载列车振动荷载作用下的劣化损伤过程进行研究,对比分析正常无缺陷情况的劣化损伤情况,探明基底缺陷对其长期运营安全的影响,根据重载铁路隧道基底病害成灾机理,提出相应的改善措施,以期为重载铁路隧道设计提供一定的参考依据。