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高填方涵洞在山区公路中较为多见,对应产生的较大范围的路基病害也较多,严重影响了我国山区公路的服务质量和使用寿命。现行《公路桥涵通用设计规范》(JTG D60-2015)中土压力计算理论并未准确反映涵洞顶部竖向土压力的变化规律,使得工程设计计算的土压力与涵洞实际受力状况有一定差距。如果采取合理有效的措施来减小涵洞顶部受到的竖向土压力,则能够在涵洞设计时选用较小的尺寸且降低涵洞对地基的承载力要求,从而节约工程造价,保障涵洞的安全性,减少高填方涵洞病害的产生。本文以解决实际工程问题为出发点,还原建立1:1数值计算模型,分析了高填方涵洞的受力特性,希望研究成果能科学指导山区公路高填方涵洞的设计与施工,为预防高填方涵洞病害的产生提供一定的现实指导意义。主要研究内容与结论包括:(1)根据高填方路基和高填方涵洞的病害类型,结合病害特征分析其产生的影响因素和作用机理,确定在涵洞顶部铺设煤渣,在涵洞两侧回填泡沫轻质土,以此改善涵洞顶部土压力集中的问题,减小涵洞竖向土压力;(2)选用Midas GTS NX软件作为有限元数值模拟研究的载体,分析各参数对涵洞顶部土层内外土体之间的沉降差以及土压力集中系数的影响。通过建立正交试验,运用极差分析法,得出对于涵洞顶部土层内外土体的沉降差的影响主次顺序为:填土弹性模量>填土泊松比>地基弹性模量>填土内摩擦角;(3)方差分析法证明了填土弹性模量和泊松比对于沉降差有显著的影响,而地基弹性模量和填土内摩擦角则没有显著影响,即填土弹性模量和泊松比的值越大,沉降差便越大。然而各参数的变化均不能解决涵洞顶部竖向土压力集中的问题;(4)通过有限元数值模拟,仅采用泡沫轻质土作为减荷材料时,对制定的减荷方案进行数值模拟计算及结果分析,对比得出最佳的减荷方案,实现泡沫轻质土减荷方案的优化设计。结果表明,涵侧泡沫轻质土回填宽度为10m、回填高度为4m时(与涵洞等高)的减荷方案受力更小、更均匀,减荷效果最佳;(5)当在涵洞顶部增加铺设1m厚的煤渣作为减荷材料(柔性填料)后,涵侧泡沫轻质土回填宽度为10m、回填高度为2m时(1/2涵洞高度)的减荷方案受力更小、更均匀,涵洞顶部竖向土压力减小了约50%,综合减荷效果最佳,为有限元数值模拟的最佳方案。