从“引进、消化、吸收、再创新”战略到“走出去”战略,我国高铁事业取得了举世瞩目的成就。然而日益突出的地面沉降问题已经成为限制高铁发展的一大重要因素。许多学者通过数值模拟的方法研究地面沉降对高铁安全运行的影响,但是关于地下水开采和基坑降水引起地面沉降对高铁轨道结构变形的影响方面的理论研究比较少。因此本文针对这一热点问题展开了一系列的基础理论研究工作,为后续深入研究做好铺垫。在空旷场地上开采地下水和工程基坑降水通常不设置止水帷幕,同时许多基坑的平面形状和抽水井的分布都可以近似为圆形,因此我们重点研究圆形及近圆形基坑敞开式降水引起的地面沉降规律。本文基于竖向分层、水平微分的思想,选取柱坐标应用土体一维固结本构关系,建立多层偏微分控制方程组,并引入井流降深函数,求解得到理论解析解。结果表明测点地面沉降值s与测点至井群中心距离r符合半对数线性关系,即s=c₁-c₂lnr。考虑到轨道结构层的复杂性和理论研究简化的必要性,研究上述曲线形式的地面沉降作用下梁的变形反应是后续研究的一个前提和基础。因此我们将轨道结构模型化为有限长混凝土梁,应用弹性地基梁理论,建立了自重荷载和地面沉降作用下梁挠曲线的控制微分方程,通过有限差分法求得其数值解,并编写了MATLAB程序实现了结果的可视化。结果表明随着地面沉降的不断发展,梁会经历一个从贴合下沉到中间产生脱空再到脱空向两端发展的过程。此外通过上述程序,采用控制变量法研究了沉降曲线中不同参数的变化对脱空长度的影响。最后通过有限元软件ABAQUS建立了流固耦合的三维模型,分析结果验证了上述地面沉降和结构变形的结论。