我国季节性冻土区已建高速铁路路基均出现了不同程度的冻胀,并且某些路段的冻胀量超标,研究高铁路基粗颗粒填料的水热汽效应,对粗颗粒土的冻胀机理有更全面的认识,对高铁路基的抗冻设计、施工及冻土区既有高铁路基冻害的整治有重要意义。因此本文选用哈齐客专路基基床底层细角砾石作为研究对象,通过室内试验,研究冻融次数、压实度、降温模式等因素对土体温度及水分分布的影响,分析气态水在水汽迁移中的作用以及粗颗粒土中水热汽效应对寒区高铁路基工程的影响。论文的主要内容和取得的成果如下:(1)针对试验研究目标和内容的需求,自主研制了冻融条件下土体水汽迁移追踪装置,并验证了该装置的可靠性;利用该装置完成了粗颗粒土在封闭系统中的冻结试验,分析了图像追踪冻结锋面方法的有效性,误差均在9 mm以内。(2)完成了粗颗粒土在不同降温模式冻融作用下的水热汽效应试验,分析了水汽迁移规律以及降温模式对水热汽效应的影响。试验结果表明:降温模式对冻结锋面处含水率影响不大,差值最大为0.16%;对冻深范围内含水率的竖向分布有重要影响,分级降温模式比恒温降温模式的补水量大,最大为2.66倍。不同降温模式下,外界液态水迁移高度均处在10~20 mm范围内,因此,气态水迁移在水分分布中发挥主要作用。在冻土工程中,冻土区路基阴阳坡温度不均匀变化可能推动土体中产生不均匀水分分布,建议考虑气态水迁移的影响及防止措施。(3)分别完成了粗颗粒土在不同冻融次数及不同压实度冻融作用下的水热汽效应试验,分析了不同冻融次数和压实度对土样冻土区和未冻土区含水率分布的影响。试验结果表明:当压实度相同时,冻融次数越多冻深越大。经历6次冻结后,较初次冻结冻深值增加18 mm;土样冷端含水率随着压实度的减小、冻融次数的增加而减小;冻结锋面处的含水率随着压实度的减小、冻融次数的增加而增加。建议在工程中控制好压实质量,防止在冻结环境下路基产生不均匀的冻胀变形。