岩溶区路堑边坡服役期不仅受到岩溶塌陷、岩溶水侵蚀等复杂地质条件的影响,而且承受着列车荷载的振动影响,随着高速铁路列车行车速度的提高、牵引质量的增大,运营期列车荷载的长期振动必然会引起岩溶化岩体工程性状的改变。针对岩溶区路堑边坡岩溶化岩体力学特性和振动疲劳损伤的研究,不仅对评价高速铁路岩质路堑边坡长期服役稳定性具有积极意义,也为高速列车振动下岩溶化岩体疲劳损伤问题的研究提供了参考和借鉴。本文以国家自然科学基金项目为依托,在系统总结了沪昆高速铁路(贵州段)路基段岩溶分布规律、发育特征和路堑边坡失稳机制的基础上,以岩溶区岩质路堑边坡服役期孕险因素分析为切入点,通过现场三维激光扫描和承压板试验进行了路堑边坡典型结构面岩溶化岩体的变形特性研究。通过室内试验,研究了岩溶水作用下岩溶化岩体的强度和力学参数的变化,并开展了岩溶化岩体在不同加载条件和水力作用下的疲劳损伤试验。通过对岩溶化岩体疲劳损伤模型的深入研究,以期建立一套适用于岩质路堑边坡服役期岩体低周疲劳寿命估算方法,进行路堑边坡考虑振动引起的岩体疲劳累积损伤的动态响应分析。本文的主要研究内容如下:(1)开展了不同岩溶发育下岩体原位变形试验研究和承压板下岩体变形计算分析。针对三维激光扫描获取的典型结构面区域的路堑边坡,通过承压板试验研究了不同岩溶发育下岩体的变形规律,研究表明,在承压板下同一位置处,随着施加荷载的增加位移逐渐增大;随着岩溶发育程度的增加,承压板下各点位移增加,岩溶发育程度越强烈其位移值越大。(2)进行了岩溶水(水、化学溶液)作用下岩溶化岩体的抗压强度、弹性模量、泊松比、声波波速变化规律等一系列的试验研究。研究表明:岩溶水作用下,岩石呈现明显的软现象,峰值强度显著降低,尤其是岩溶发育程度越强烈,软化程度越大;在岩溶水作用下各组试样的平均弹性模量都呈下降趋势,而且平均泊松比随着岩溶发育程度的增大呈现增大的趋势,即环向变形在饱水作用下比纵向变形更敏感;并建立了岩溶化岩体单轴抗压强度与波速之间的关系。(3)利用沪昆高铁(贵州段)开展了不同加载条件下岩溶化岩体的疲劳损伤试验。确定了选取3Hz的低频做为岩体加载的频率值和正弦加载波为疲劳加载波形,通过实测数据建立了取自不同岩溶发育状态下岩石疲劳寿命的S-N曲线。岩溶化岩体低周疲劳加载的门槛值大小为78.4%。岩溶化岩体疲劳寿命随着加载频率的增大而增加,并满足双对数坐标下的线性关系。(4)研究了岩溶化岩体在疲劳加载过程中的应力-应变曲线轴向、极限变形规律,并将单轴抗压强度下的全应力-应变曲线与疲劳荷载下的应力-应变曲线进行了对比,证明了岩溶化岩体的疲劳破坏完全受到整个静态全过程的控制。(5)以高速列车不同运行速度下的动力荷载振动频率为基础,提出了开展加载频率值对不同岩溶发育下岩石疲劳损伤力学特性的影响,重点研究了“门槛值”、极限应变和弹性模量的变化,并借鉴混凝土疲劳荷载计算中的Wohler模型,引入修正系数,建立了加载条件影响下的疲劳寿命计算方法;(6)通过大量的岩溶化岩体在不同加载条件、饱水状态以及岩溶发育状态下的疲劳力学试验结果,采用回归分析的方式,结合可以满足工程精度的线性Miner损伤累积理论,建立了基于残余应变的岩溶化岩体疲劳累积损伤演化模型;并结合岩溶区岩质路堑边坡的工程特性和加载条件影响下的疲劳寿命计算方法,借鉴混凝土疲劳寿命的计算方法,建立了一套适用于岩质路堑边坡服役期岩体低周疲劳寿命估算方法。(7)应用Fortran语言进行了岩石疲劳损伤的Abaqus二次开发,建立了考虑岩溶化岩体累积疲劳损伤的路堑边坡三维动力学模型,进行路堑边坡岩体疲劳损伤下的动态响应分析。通过研究可知,考虑岩体的疲劳损伤可以弥补传统弹塑性动力分析的不足,引入岩体的疲劳损伤后,岩体的动态响应更为明显。列车荷载引起的路堑边坡岩体低周疲劳问题对于分析高速铁路岩质路堑边坡长期服役稳定性具有积极意义,是岩体动力响应分析不可或缺的因素。