随着经济的飞速发展,交通运输资源的需求而日益增大,高速公路和铁路作为最为便捷的交通运输方式得到了大力发展。桩承式加筋路堤,因其经济高效的优点已在高速公路和铁路工程建设中得到了广泛应用。土拱效应作为桩承式加筋路堤中主要的荷载传递机制而倍受专家学者关注。然而,目前在“土拱结构”的形成-演化机理及其承载特性等方面的研究,严重滞后于桩承式加筋路堤的实际工程应用。因此,本文基于室内模型试验和颗粒流数值分析模型,对“土拱结构”的形成-演化机理及其承载特性进行系统的研究。主要研究内容包括：(1)基于室内二维模型试验,对“土拱结构”的形态特征及演化规律进行分析。试验通过摄影成像技术获取路堤填料位移场分布规律,以研究“土拱结构”的形态特征；同时,结合桩土压力随桩土相对位移Δs增大的变化规律,对“土拱结构”演化规律进行了初探；在此基础上,研究了路堤填筑高度H及格栅加筋对“土拱结构”的影响。试验结果表明：“土拱结构”随桩土相对位移Δs的增大而逐渐发展,土拱效应逐渐显著。路堤填筑高度H对“土拱结构”形态的影响显著,当H<0.7(s-a)((s-a)为桩净间距)时,路堤中仅能形成“倾斜剪切面”；当0.7(s-a)≤H≤1.4(s-a)时,路堤中可形成不闭合的弧形“部分土拱”；而当H>1.4(s-a)时,路堤中则能形成“完全土拱”。格栅加筋对“土拱结构”的发展有影响,但基本不会影响“土拱结构”的形态及其承载力。然而,受路堤填料与模型箱体之间摩阻力的影响,“土拱结构”的形成-演化机理未能被完全揭示。(2)基于前人的室内模型试验建立颗粒流数值分析模型,从宏细观角度对“土拱结构”的形成-演化机理进行综合分析。首先,提出了一种改进的分层压实法以建立初始应力状态较为合理的颗粒流数值模型,并通过试验数据对数值模型的正确性进行了验证。随后,对相关宏观指标(如,土压力和路堤填料位移)及细观指标(如,接触力链、应力主方向及组构各向异性主方向)的变化规律进行了系统分析。模拟结果表明：路堤中“土拱结构”的主体结构主要由强力链构成,而弱力链则主要起支撑作用；“完全土拱”(即胗1.4(s-a)的路堤)的发展与桩土相对位移Δs密切相关。在较小的Δs条件下,路堤中仅能形成“倾斜剪切面”,并随Δs的增大而逐渐演变成拱高约为0.5(s-a)的“悬链线形拱”；随后,该“悬链线形拱”的拱高随Δs的增大而增大,达到0.8(s-a)后保持相对稳定。(3)基于前人的室内模型试验建立颗粒流数值分析模型,从宏细观角度对准静态荷载下“土拱结构”的演化规律进行深入分析。数值模型中,路堤表面的准静态荷载通过伺服机制分级施加,并系统分析了相关宏观指标(如,路堤荷载传递效率)和细观指标(如,接触力链、应力主方向及组构各向异性)的演化规律。模拟结果表明：在准静态荷载作用下,“完全土拱”的荷载传递能力被充分调动,并随准静态荷载的增加而经历“发展-劣化-重构”的演化规律;承载强力链的颗粒集合发生“垮塌”是“土拱结构”发生劣化的直接原因,并导致强力链组构各向异性程度及路堤荷载传递效率的降低。(4)基于前人室内模型试验建立了桩承式路堤动力响应颗粒流数值模型。模型中,通过在路堤表面施加正弦波循环荷载以模拟车辆荷载,并系统分析了相关宏观指标(如,路堤荷载传递效率、路堤填料位移)及细观指标(如,接触力、组构各向异性)的动力响应特性,从宏细观角度对循环荷载作用下“土拱结构”的动力响应特性进行了综合分析。研究结果表明：在循环荷载作用下,“完全土拱”的荷载传递能力先逐渐减弱,最后达到相对稳定状态；在循环荷载施加过程中,“土拱结构”始终存在于路堤中,其发挥程度则根据路堤荷载传递需求而有所不同；加载阶段,“土拱结构”的荷载传递能力逐渐被调动,而在卸载阶段则逐渐进入“休眠”状态。本文的研究成果对于深刻揭示桩承式加筋路堤的荷载传递机理具有重要的学术参考价值,对桩承式加筋路堤的工程实践也具有较重要的指导意义。