肯尼亚蒙内铁路在蒙巴萨地区以深路堑的形式穿越了大面积的膨胀土地段;该地区膨胀土的工程特性研究成果不多,同时缺乏这类路堑边坡失稳机理的研究成果,使得桩板墙等防护结构的设计方案较为保守;因此,有必要开展该地区膨胀土的工程特性、路堑边坡的失稳机理以及桩板墙结构的优化设计等专门研究。论文首先通过现场调研,研究了该地区膨胀土边坡的失稳特征,分析了防护结构的设计特点;其次,通过室内土工试验和现场人工降雨试验,探究了膨胀土的膨胀特性、抗剪强度特性以及降雨入渗对边坡内部土水状态的影响特性,并分析了各特性对边坡稳定性的影响;结合以上研究,综合分析了边坡失稳的诱发因素,揭示了膨胀土路堑边坡的失稳机理;最后,采用Midas-GTS有限元软件建立了桩板墙三维数值仿真模型,仿真分析了桩板墙结构在不同时期的受力及变形特征。此外,基于正交试验设计方法,优化了桩板墙防护结构的设计参数。通过上述研究,主要得出以下结论:(1)该地区膨胀土边坡的失稳具有季节性、浅层性、裂隙性和渐进性的特征;以上特征的出现与该地区雨季、旱季分明的气候特点以及土体本身的膨胀特性、抗剪强度特性密切相关。(2)该地区膨胀土本身所具有的膨胀潜势越大,则土体膨胀稳定时的膨胀量也相应越大,且土体膨胀稳定时的膨胀率与其本身的干密度、含水率以及上覆荷载之间具有线性相关性。(3)该地区膨胀土的抗剪强度随其自身含水率的增加、干密度的减小和干湿循环次数的增加而降低,其原因分别与分子间作用力的减弱、土体吸力的减小以及土体裂隙的开展所导致的土颗粒间胶结力的丧失有关。(4)降雨对边坡土体的影响深度约为2m;在此范围内的土体会因吸水而发生体积的膨胀变形和抗剪强度的降低。以上影响将使得边坡的稳定性下降。(5)膨胀土路堑边坡失稳破坏的诱发因素主要有三个,分别是:裂隙的出现和发展、风化层土体抗剪强度的衰减和降雨的入渗;其中裂隙的出现和发展、风化层抗剪强度的衰减是边坡失稳的内因,与土体本身所具有的低渗透性、强胀缩性密切相关;降雨的入渗则是边坡失稳的外因,也是其直接诱发因素。(6)膨胀土路堑边坡的失稳是多种因素长期作用的结果;边坡从开挖至失稳会经历五个阶段,分别是:浅层裂隙出现和发展、低抗剪强度区域形成、降雨入渗、坡脚失稳滑移和失稳范围扩大五个阶段。(7)桩间土体的开挖卸荷作用和膨胀力作用不仅会影响桩板墙结构的受力及变形特征,还会使得边坡的稳定性下降。基于正交试验结果,得到了优化后的桩板墙结构的设计参数范围;仿真验证结果表明:优化后的桩板墙结构在安全性和经济性方面均有提高。以上研究结论可以为类似地区膨胀土路堑边坡的治理与防护提供一定的参考和借鉴。