高速铁路软土地基沉降变形规律与控制方法研究

软土地区高速铁路工后沉降控制是一个复杂课题，尽管我国已有数条客运专线投入运营，但以桥代路为主，路堤工后沉降能否达到技术要求尚无定论，目前大规模的高铁建设急需解决这个难题。本项目针对软弱土的复杂性和高铁工后沉降要求严格的特点，通过室内大中型静动三轴和流变三轴试验、大型模型槽和现场原位试验及现场监测、数值仿真和理论分析等手段，重点研究高速铁路路堤荷载和列车动载条件下软弱地基土固结、次固结变形特性和基床填料的动力损伤特性，研究桩网、桩板及桩筏结构复合地基控制软土地基沉降变形特性等内容，揭示复杂条件下高速铁路软土地基变形机理，建立路堤荷载和高速列车动载下考虑软弱土结构性本构模型、长期变形计算方法、桩网、桩板及桩筏结构等复合地基沉降变形计算方法、桩基-垫层和路堤耦合作用基本理论、基床填料动力损伤模型以及动力损伤引起的路堤累积变形预测方法、路桥过渡段差异沉降等，为我国铁路建设和安全维护提供科学依据。

项目对高速铁路软土地基沉降变形规律与控制方法进行系统研究，有效完成预计研究目标，并取得系列研究成果：（1）揭示路堤荷载下高速铁路软土地基沉降变形机理，并提出控制方法：①针对高速铁路地基软弱土的结构性特征与次固结变形特性，提出结构性土的累积变形预测模型；②开展PCC桩-网结构复合地基沉降控制长期现场监测试验研究，揭示加筋垫层刚性承台效应和拉膜效应特征等影响下PCC刚性桩承式路堤受力机理；③开展XCC桩-板结构复合地基沉降控制与变形机理研究，并提出桩板式路堤整体变形预测方法；④开展桩-筏结构复合地基沉降控制与变形机理研究，提出筏板下地基反力模型的路堤荷载下桩-筏结构复合地基沉降计算方法。（2）揭示高速列车荷载下软土地基沉降变形机理，并结合控制方法探讨高速列车荷载-路堤-桩网/桩筏/桩板结构-地基耦合相互作用机理：①开展高速列车荷载作用下软土动力特性研究，揭示不同频率、围压的长期交通循环荷载作用下动应力和孔压变化模式及临界动应力比及其强度的发展规律；②揭示高速列车荷载作用下PCC桩承式路堤工作性状，着重揭示PCC 桩动力响应和土拱效应特征；③剖析饱和地基中PCC桩复合地基的动力响应，完善高速列车移动荷载下桩基-垫层和路堤的耦合振动理论；④分别从实测和室内试验出发，提出高速列车荷载下复合地基和软土下卧层累积变形计算方法；⑤开展高速铁路地基沉降动态观测，提出CFG桩-网复合地基工后沉降预测方法。（3）开展高速铁路基床的动力特性与路堤变形规律研究：①研究围压、压实度和频率对路基基床材料动弹性模量影响，揭示了路基基床材料瞬态动力学特性；②开展高速铁路基床填料大型动三轴试验，分析加载波形、频率、含水率对残余变形和动态回弹模量的影响，揭示了高速铁路基床累积变形规律；③开展高速铁路基床的损伤特性足尺模型试验，揭示路基基床材料的动力损伤特性；④通过分析预测建设期、运营期等的路基沉降规律，提出了高速铁路动力损伤引起路堤变形的预测与控制方法。（4）基于速度、基床厚度和刚度影响因素分析，开展高速铁路列车-轨道-路基-路堤-软土介质动力耦合系统数值模拟，揭示累计塑性变形规律，提出了工后沉降预测方法。（5）开展高速铁路路桥过渡段差异沉降研究，分析倒梯形过渡段的坡比以及过渡段的弹性模量对路桥过渡段沉降的影响。项目研究成果为我国高速铁路设计、建设和安全维护提供重要参考依据。