近年来,我国重载铁路运输技术迅速发展,列车速度及轴重不断增加,列车动载所产生的振动与冲击作用日益增强,重载铁路轴重大、总重大、行车密度大和运量特大等特点致使重载铁路隧道隧底围岩较普通铁路受到底部结构更大的动力作用。重载列车在隧道内行驶时,产生的振动荷载经层间传递施加给仰拱,同时对隧底围岩产生向下的瞬时压力,动荷载的往复作用使后行浇筑的仰拱和围岩之间产生微小的空隙,地下水将逐渐渗入并充满这些空隙。重载列车往复振动使积聚在隧道仰拱底部的地下水产生瞬态高水压,冲刷、磨蚀隧底围岩表面松散软化的颗粒,造成隧底围岩颗粒迁移流失,导致围岩物理力学参数下降,隧底结构支撑条件减弱致使损伤加剧,反过来又加重了隧底围岩劣化,二者交互作用,最终导致隧底围岩出现脱空现象,引发翻浆冒泥、基地下沉等一系列隧底病害。目前,我国重载铁路隧道隧底病害问题已经十分突出,为了有效降低或避免重载铁路隧道隧底病害,本文采用文献调研、数值模拟及理论分析等手段对列车动载-地下水耦合作用下隧底砂性土围岩劣化规律进行研究,主要取得了以下成果:1.总结了重载列车动载作用下隧道基底结构及围岩的动力响应特性,分析了列车动载-地下水耦合作用下隧底砂性土围岩砂土液化和围岩颗粒迁移流失两种劣化机制,建立了列车动载-地下水耦合作用下隧底砂性土围岩劣化的CFD-DEM耦合分析方法。2.将列车动载-地下水耦合作用下隧底砂性土围岩颗粒流失分为冲刷流失和渗透流失两种模式,通过文献调研及理论分析得到了冲刷作用下隧底砂性土围岩颗粒的起动流速,并建立了相应的围岩流失率计算方法;从微观角度出发,分析渗流作用下砂性土围岩颗粒的受力情况,根据极限受力平衡状态建立了砂性土围岩细颗粒起动临界坡降公式,分析了向上渗流作用下砂性土围岩颗粒的起动临界坡降,采用CFD-DEM耦合分析方法模拟了渗流作用下砂性土围岩颗粒的起动流失过程。3.分析了渗流作用下砂性土围岩内部细颗粒的渗透迁移规律,基于砂性土围岩细颗粒的侵蚀及沉积定律,建立了渗流作用下的围岩流失率计算方法;采用建立的计算方法分析了列车动载-地下水耦合作用下隧底砂性土围岩流失规律,通过折减围岩弹性反力系数模拟围岩劣化,分析了隧底围岩劣化对隧道结构受力及安全性的影响规律,提出了隧底砂性土围岩流失率控制标准。