随着高速铁路建设向寒区的延伸,季节性冻土区域路基冻胀问题日益凸显,而引起路基冻胀的主要因素是土中水分的迁移,在组成路基填料的粗粒土中,土颗粒间的空隙较大,因此,毛细作用对水分迁移的影响较小,所以有理由假设,在粗粒土中,冻结过程中水分重分布可能与水汽迁移相关,而有关粗粒土水汽迁移规律的研究较少,其迁移规律与存在性至今没有达成共识,缺乏可视化的水汽迁移装置系统和相关的试验方法,是限制这类研究的主要原因之一。为了验证冻结作用下粗粒土中气态水迁移的存在性,揭示水汽迁移的规律与机制,解决寒区路基冻胀问题,本文基于荧光素示踪技术提出一种研究冻融作用下水汽迁移规律的试验方法,并对传统冻胀试验装置进行升级改造,研发出基于荧光素和图像追踪技术的土体水分迁移量测装置系统。利用此装置系统,直观追踪水分迁移的过程,对冻结作用下粗粒土水汽迁移机制进行研究,分析恒温冻结和梯度冻结这两种冻结模式下不同初始含水率对水分重分布的影响规律。本文通过试验研究得到以下结论和成果:(1)开发的装置系统主要包括双层中空叠环型有机玻璃筒,液态水隔离装置,图像采集装置系统等。结合追踪剂示踪技术和图像处理技术,该装置系统能够满足现阶段水分迁移及其它冻胀相关试验研究的要求。(2)在粗颗粒填料恒温单向冻结作用下,粗粒土中存在气态水的迁移,且气态水迁移是引起水分重分布的主要因素,外界水和土体内部水分都会蒸发并以气态水的形式向冻结锋面迁移。初始含水率对水分重分布具有较大影响,具体表现在冻结锋面处含水率和补水量的差异。(3)梯度冻结方式作用下,粗颗粒填料中水分迁移方式以气态水迁移为主,外界水补给也是主要以气态水形式进入土体。外界气态水和液态水的迁移都有各自的影响范围。(4)与恒温冻结方式相比,梯度冻结方式会具有更大的冻深,土体内部含水率分布会更加均匀,冰层厚度更为均匀,外界水补给量没有增加。