中文摘要：

高填方刚性涵管在高速公路和铁路建设中的应用非常广泛，然而，目前的理论对"填土-涵管-地基"之间的作用机理认识不够，导致涵管出现的病害屡见不鲜，对此亟待深入、系统的研究。本项目紧紧围绕高填方下刚性涵管与土体之间的协调变形机理及涵管工作性状的时间效应这一应用基础科学问题展开研究。采用试验、数值模拟和理论方法研究柔性荷载作用下"涵-土"体系的位移和应力的分布规律及其变化规律，分析涵顶填土内部土拱的形成机理及荷载传递能力；探讨三者之间的协调变形机理，推导高填方下刚性涵管的土压力理论表达式；建立"填土-涵管-地基"之间相互作用的理论模型来探索涵管工作性状的时间效应，并利用试验数据进行检验、修正。本项目旨在揭示高填方刚性涵管的工作机理，为高速公路和铁路建设中高填方刚性涵管的应用提供关键理论基础。

结论摘要：

高等级公路和铁路建设中，高填方刚性涵管的应用非常广泛。刚性涵管作为高等级公路和铁路下方的排水、行人、以及生态保护的主要通道，其重要地位不言而喻。然而，由于目前的设计理论对高填方刚性涵管与土体之间的作用机理认识不够而造成的涵管病害非常普遍，由此引起的道路病害也屡见不鲜。本项目通过试验、数值模拟和理论分析得出了高填方荷载作用下“涵-土”体系的位移和应力的分布规律及其变化规律，探明了涵顶填土内部土拱的形成机理及荷载传递规律。从力学角度来看，路堤填筑过程中土拱变化可视为填土内部“土拱形成—原土拱破坏—新土拱形成”的反复变化过程。对于非减载条件下的上埋式涵洞，土拱效应增强了涵顶的应力集中现象；然而，对于减载条件下的上埋式涵洞或沟埋式涵洞，土拱效应缓解了涵顶的应力集中，但是在一定程度上增大了侧墙的水平土压力。研究了填土、涵管、地基三者之间的协调变形机理，明确了高填方刚性涵洞的病害形成机理，提出了病害防止措施，并在此基础上提出了高填方刚性涵洞地基承载力的确定方法和地基处理原则。高填方刚性涵洞地基承载力应该考虑涵洞基础的埋深效应，宽度修正，以及路基填筑速率和地基固结的影响。地基处理应该选择合理的处理后的地基刚度，处理宽度和深度，否则会加剧涵顶的应力集中现象。利用数值模拟方法分析了各种因素（包括涵管上方填土高度，涵管周围填土的力学性质，涵管的力学性质和几何尺寸，地基处理情况，减载措施、减载材料性质和几何尺寸等）对涵管受力状态和变形特性的影响规律，得出了高填方刚性涵管的土压力理论计算表达式。采用减载措施后，涵管与土体之间的作用机理变得更加复杂，涵管的受力状态随着时间的变化而变化。本项目建立了“填土-涵管-地基”之间相互作用的理论模型得出了涵管工作性状的时间效应，并推得考虑时间效应的涵管土压力理论计算式。通过本项目的研究解决了两个关键问题，其一，明确了刚性涵管与土体之间的协调变形机理，解决了由于刚性涵洞与其两侧填土之间的刚度差异引起的应力集中而导致的涵管病害问题；其二，探明了刚性涵管工作性状随时间的变化特性。研究成果对高填方刚性涵管的理论分析具有重要的指导意义，对道路建设中刚性涵管的病害防止和优化设计等技术的发展具有重要的实际意义和工程应用价值；同时也可为深埋刚性结构物的理论分析和设计提供参考。