近年来,我国高速铁路发展迅速,高速列车运营时速不断提高,对铁路路基的变形和强度控制提出了更为严苛的要求。路基基床是列车动荷载的直接承载结构,也直接决定着列车行驶的安全性和舒适性,也是高速铁路路基设计中需要重点考虑和审慎设计的重要结构层。因此,应用改装后的三轴试验系统,对基床级配碎石填料开展逐级加载的动三轴试验,研究了级配碎石在动应力下的塑性变形特性,分析了累积变形状态随动应力水平变化的演变规律。主要研究工作及成果如下:(1)为满足试验要求,对已有GDS三轴试验系统进行自主设计和改装,主要集中在压力室容积扩充和围压控制器加压能力强化两方面。由于原压力室不能针对直径为150mm,高度为300mm的试样开展试验,通过增设法兰盘、连接杆和大尺寸试样底座,以分别承接大尺寸压力室和大尺寸试样,解决了压力室扩容问题;考虑到单个围压控制器在行程内仍旧无法达到目标围压的问题,增设无限围压切换系统,通过两个控制器切换达到交替供给围压水的目的。(2)开展了基床级配碎石填料静三轴试验,分析了不同压实度下试样的应力应变关系,峰值强度与压实度的变化关系。数据表明,不同压实度下试样的应力应变关系均为应变软化型,试样在剪切过程中体积不断增大,试样发生明显的剪胀现象;峰值强度随压实系数的增大表现出线性增加的趋势。(3)开展了基床级配碎石填料动三轴试验,分析了级配碎石在动应力下的累积变形发展规律,以及循环荷载作用次数N=10000次时的累积变形与动应力的变化关系。研究表明,在较低动应力下,试样累积变形较小,曲线呈收敛趋势;在较大动应力下,试样累积变形具有显著增大的现象,曲线呈发散趋势。循环偏应力水平λ存在一个特征值λ_v=40%,将累积变形划分为稳定和破坏状态。当λ≤λ_v=40%时,累积变形具有较小的变形增量,试样趋于稳定状态,相同压实度下试样的累积变形发展曲线基本重合,围压对累积变形发展规律影响较小;当λ>λ_v=40%时,累积变形显著增大,试样趋于破坏状态。(4)利用负幂函数对累积变形进行拟合,获得不同压实度下试样的变形控制参数P值和变形状态影响参数C值,分析了累积变形速率的发展规律及不同压实度下P值和C值随动应力的变化规律。结果表明,对于相同压实度的试样,在较小的动应力下,变形速率在较小荷载作用次数下迅速减小并趋于0;在较大动应力下,变形速率在较小荷载作用次数下快速增大。随动应力的增大,总体上,变形控制参数P值和C值呈减小的变化趋势。(5)进一步分析不同压实度下变形控制参数P值随循环偏应力水平λ的变化规律,将不同压实度试样在动应力下的累积变形状态特征划分快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏。在综合考虑压实度的基础上,根据P-λ曲线形态,获得划分级配碎石基床填料在动应力下的变形状态特征阈值。其中,当P≥2或λ≤5%时,试样在动应力下处于快速稳定状态;当1