随着我国高速铁路越来越多的穿越季节性冻土广泛分布的寒区,路基运营过程中面临着抗冻防寒等问题,而路基防冻胀是最基础、最核心的问题。我国采取了一系列防冻胀措施,但监测结果表明,由于不均匀冻胀,寒区高速铁路轨道结构的平顺性状态明显劣化。为了解寒区高速铁路路基填料冻胀变形特性及强度变化,本文开展了以下工作,以期为寒区高速铁路路基建设和安全状态评价提供依据:(1)调研了解寒冷地区主要高速铁路路基冻胀发展状况及其特征;监测了哈齐高速铁路路基断面温度变化和全线变形情况,认为虽然该线路整体冻胀量偏小,但冻胀不均匀且不规则,破坏了路基的整体平顺性。(2)针对寒区高速铁路路基基床表层和基床底层粗颗粒填料级配碎石和A、B组土分别进行不同冷端温度、细颗粒含量、含水率、压实度及冻融循环次数等条件下室内一维冻结试验,并进行三向冻结试验和对部分组别模型试验的补充。分析了粗颗粒填料在冻结或融化过程中温度场、冻结深度、冻结速率、冻胀变形量、冻胀速率等的变化规律。试验结果证明即使是粗颗粒填料,在一定的试验组合条件下,也可产生相当可观的冻胀量和冻胀率,而含水率和细颗粒是影响其冻胀的最关键因素。(3)施加静、动荷载,研究和分析粗颗粒填料在荷载作用下的冻胀变形规律,试验结果证明荷载对粗颗粒填料的冻胀起抑制作用。在封闭系统中粗颗粒土在冻结过程中,静荷载作用下土的冻胀量和冻胀率最小,而动荷载作用下和无荷载作用下土的冻胀量和冻胀率较大;而在开放系统中土冻结时,无荷载作用下土冻胀率最大,而静荷载和动荷载分别作用下的土冻胀率较小。不管在封闭系统或开放系统中,荷载的大小都会影响试样的变形和冻后含水率的分布,而加载频率影响不大。(4)分析国内外有关粗颗粒土的冻胀性分类规范及研究方法,认为以冻胀率作为粗颗粒填料冻胀控制指标已不适用于高速铁路变形要求,依据冻胀量对高速铁路运营可能造成的危害程度、线路验收标准和室内冻胀试验结果,提出适用于我国寒区高速铁路层状路基结构粗颗粒填料冻胀分类方案。(5)进行了非冻结和冻结条件下粗颗粒填料的大型直剪试验,分析粗颗粒填料在不同垂直压力、温度和含水率等因素下的剪位移-应力曲线、抗剪强度特性以及其指标的变化规律;考虑温度、含水率、垂直压力、振动次数等影响填料动力性能的因素,进行粗颗粒填料的动直剪试验,对填料在冻结和非冻结状态下的试验结果进行比较,并分析各因素对填料动强度、塑性累积应变等特性的影响规律。