多年冻土区路基沉降变形是冻土工程研究中的核心,也是铁路正常运营之安全隐患,更是制约寒区工程建设和资源开发的关键因素。冻土因其冰的存在,即使在很小的荷载下也会出现强度和变形随时间而变化的蠕变现象。青藏铁路通车近十年的现场实测资料表明,部分多年冻土路段路基不断补碴、抬道使道床厚度甚至达到1.7 m以上,路基稳定性、行车安全问题日渐凸显,冻土蠕变机理与沉降控制措施研究,迫切需要深入开展。鉴于此,本文以青藏铁路为工程背景,进行了一系列冻结砂土三轴蠕变试验,考察冻结砂土在不同温度、干密度和级配条件下的蠕变特性,建立了冻结砂土三维蠕变模型,并基于试验结果验证了改进蠕变模型的科学性和适用性。本文的研究内容和成果如下:(1)基于青藏铁路冻土路基变形特性,在室内采取恒温-固结-蠕变的试验方法,系统地研究了温度、干密度和级配等因素对冻结砂土三轴蠕变特性的影响。结果表明,温度对冻结砂土的蠕变特性影响显著,尤其当温度高于-1.5℃时,即使在很小的荷载作用下也能产生明显的蠕变变形;当冻结砂土的干密度不同时,加速蠕变发生的临界变形点也会随之改变;不同颗粒级配条件下冻土的蠕变变形差别明显,在相同剪应力和温度条件下,冻结砂土的蠕变变形量随细颗粒含量的增大呈先减小后增大的趋势。(2)以Nishihara模型为基础,考虑应力和时间对模型元件的耦合影响,建立了两个不同的冻结砂土三维蠕变模型。一种是对Nishihara模型中的黏滞系数进行修正,将黏弹性元件中定常的黏滞系数修正为时间和剪切应力的函数,在黏塑性元件中引入损伤变量;另一种是考虑了应力和时间对黏弹性元件的影响,将黏弹性元件中的剪切模量修正为关于应力的函数,同时将定常的黏滞系数修正为时间和剪切应力的函数,并在黏塑性元件中引入损伤变量。(3)基于试验数据验证了两个新构建模型的科学性及适用性,结果表明:拟合结果与试验数据吻合良好,改进模型能较好地描述不同温度、应力水平下冻结砂土的衰减、稳态和加速蠕变特性。本论文的研究成果可为冻结砂土蠕变预测提供一种新的选择;为建立青藏铁路路基沉降预测方法提供理论基础;为冻土力学研究积累基础数据。