坎儿井作为一种特殊的地下孔洞结构,在干旱荒漠地区分布广泛。随着现代社会交通的快速发展和中国高铁“走出去”的发展战略,大量的高速铁路线路将要穿越坎儿井地区,将可能引起一系列的坎儿井路基地质工程问题,严重影响高速铁路工程的施工及运营。然而目前鲜有关于高速铁路或者公路穿越坎儿井地区的工程经验,缺乏高速铁路范围内坎儿井地基工程地质特性和坎儿井地基土物理力学性质的研究,坎儿井破坏模式和影响因素尚不明确,因此在坎儿井地区修建铁路充满诸多潜在危险。针对上述问题,本文依托伊朗德黑兰-库姆-伊斯法罕高速铁路项目,通过现场勘察和试验、室内试验、试验数据统计分析和数值模拟开展研究,对高速铁路穿越坎儿井地区的设计、施工具有工程实践意义。通过系统的研究主要取得了以下成果:(1)现场勘察阶段采用物探、钻孔、管道机器人和动力触探试验等手段,查明了沿线坎儿井的位置、地层特征、截面形式、与线路的相互关系,总结研究了坎儿井地区的高速铁路工程概况。(2)结合典型工点开展了室内试验,通过颗分试验、直剪试验、压缩试验等研究了地基土的物理力学特性。为克服现场取土困难,以标准砂为原料模拟现场砂性土进行了一系列不同排水条件下的静三轴试验,进一步研究了坎儿井地区砂性土地基的力学特性,分析了不同剪切条件下砂的应力-应变关系。(3)研究了坎儿井地基土参数变异性分析与概率密度。以得到的试验数据为依托,对沿线土体的物理力学参数进行统计分析,研究了其参数变异性;利用概率密度估计方法分析了其概率分布特征,并进行了随机分布检验。分析结果为坎儿井地区土体随机有限元、可靠度分析参数选取提供依据。(4)根据上、下限定理,结合有限元方法,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,对不同工况下坎儿井地基的极限承载力和破坏模式进行了研究。分析了暗渠埋深、地基土类型、强度参数c、φ和暗渠半径及其截面形式对坎儿井地基极限承载力和破坏模式的影响,并提出了一种传统椭球体理论的修正方法。