近年来,城市道路路面塌陷事故频繁,例如,郑州西三环快速路辅路就在短短八个月的时间里发生了多达18次道路塌陷事故。道路塌陷事故不仅仅损坏城市路面结构,还对周边建筑及市民生命财产安全造成严重的威胁,引起强烈的负面社会影响。因此,城市路面塌陷的预测及修复已成为社会各界关注的热点之一。本文采用室内模型试验和数值模拟方法,研究了交通荷载作用下管线渗漏引起地下空洞的形成和发育过程,分析了地下空洞上覆土层厚度、尺寸对城市路面稳定性的影响。主要进行了以下几个方面的研究:(1)以郑州地区为背景,通过液塑限试验、击实试验、比重试验等室内土工试验得出郑州粉土的物理力学参数;采用动三轴试验,研究了郑州粉土模量随累积轴向应变变化的规律,给出郑州粉土的模量衰减公式。(2)设计了管线渗漏引发道路塌陷的室内模型试验方案,制作了可视化半结构模型装置,并给出详细的室内试验方案,分别考虑荷载类型、管线埋深、管线与流失通道间距、管线与流失通道相对位置等因素的影响,研究管线渗漏引发地下空洞的发育、扩展机理。(3)模型试验结果表明:相比于单独静荷载作用,增加动荷载会延缓达到最终破坏的时间;动荷载值较小时,对管线上层土体有振密压实作用,增加路基的稳定性;动荷载值较大时,会加快裂缝的扩展,更易导致地面塌陷事故。管线与下部流失通道距离的增加会延缓破坏时间,扩大破坏面,空洞延伸到地表的几率也随之增加。增加管线埋深可以减小荷载对地下空洞的扰动,地下空洞发育缓慢,稳定性更好,地表沉降也较小。当流失通道形成晚于管线渗漏时,土体的浸湿范围扩大,土体自重荷载增加,强度和变形模量减小,形成的空洞尺寸扩大,地表沉降值增加,地表更易发生塌陷事故。(4)采用USDFLD用户子程序对ABAQUS进行二次开发,引入土体模量随动荷载作用的衰减模型,建立下伏地下空洞道路的有限元模型,研究荷载类型、空洞上覆土层厚度及空洞尺寸对路面稳定性的影响。结果表明:路面变形较大时,应考虑交通荷载的动力效应;道路稳定性随空洞上覆土层厚度的增加而增大,最终趋于平稳;路面沉降随空洞高度和跨度的增加而增加,到达某个临界点后,沉降值会陡然增加,路面出现破坏趋势。