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以级配碎石和A、B组填料为代表的粗粒土是高速铁路路基的主要填筑材料,其优良的物理力学性能保证了线路运营期间路基上部基床具有足够的承载和抗变形能力。鉴于粗粒土粒径组成广泛、粒间孔隙尺寸较大、土体透水性较强以及土中粗、细颗粒之间约束状态相对复杂等问题,开展渗流作用下填料的孔隙特征分析和无砟轨道级配碎石强化基床表层翻浆病害研究,对优化我国铁路路基结构设计、提高工程建设质量、降低运营维护成本等均具有重要的现实意义。在查阅和总结现有理论研究和工程实践成果的基础上,围绕路基粗粒土填料的渗流孔隙特征、渗透稳定性、渗透系数测试中的边壁渗漏,以及降雨入渗下高速铁路无砟轨道级配碎石强化基床表层翻浆的形成条件和判定方法等问题,进行室内试验和理论分析研究。针对土体结构为骨架密实但具体渗透破坏类型不明确的过渡型粗粒土填料,通过开展室内渗透变形试验,分析土中渗流路径特征,以建立准确判定土体渗透破坏类型的方法;基于渗透仪刚性边壁与土颗粒间孔隙组成特征,提出避免边壁效应影响的粗粒土渗透系数室内测试修正方法和试验处理手段;根据室内翻浆模拟试验和基床降雨入渗排水分析,阐明无砟轨道基床翻浆的形成条件和机理,在此基础上研究基床翻浆的判别方法,对现行基床入渗排水设计进行优化。具体内容包括:（1）过渡型粗粒土填料渗透变形试验及破坏类型判别方法研究工程中细料含量介于25%～35%的骨架密实型粗粒土填料通常表现出良好的物理力学性能,但渗流下呈现管涌或流土的过渡型破坏特征难以准确判别。通过开展室内渗透变形试验,研究了过渡型粗粒土填料渗透破坏类型随密实度的变化规律;针对现有毛细管模型未考虑或仅考虑定值弯曲率的不足,从建立渗透性等效的毛细管模型出发,基于Kozeny-Carman公式和实测渗透系数K,引入了同时反映土中颗粒比表面积S0和渗流弯曲率T影响的当量比表面积S’0,根据孔隙率n和S’0等价建立了孔隙直径为De的“等效渗透”均匀毛细管模型,通过对比De与特征粒径d3的大小提出了判别过渡型粗粒土填料渗透破坏类型的“等效渗透-平均孔径法”。研究表明,过渡型粗粒土填料渗透破坏类型由土体密实度决定,在密实度较小时为管涌破坏,密实度增大影响管涌颗粒流失的连续性,并最终发生流土破坏;密实度的提高不仅会减小土中孔隙体积,还会引起渗流弯曲率增大,受S’0影响的De能体现实际渗流弯曲率与土体渗透性的联系,也能反映弯曲率对土体渗透稳定性的作用,所提方法对过渡型粗粒土填料渗透破坏类型的判别结果与试验现象相符。（2）粗粒土填料渗透试验边壁效应机理及其处理方法研究室内常水头渗透试验是粗粒土填料渗透系数的常用测试方法,渗透仪的边壁效应是影响渗透系数测试精度的重要因素。基于边壁与土颗粒间孔隙Vb的组成特征,根据Vb与构成Vb的颗粒关联体积Vs之比所定义的试样边界孔隙比eb,研究了边壁效应的产生机理;基于等直径圆平面堆积原理,构建了边界孔隙比的平面几何计算模型,通过对比试样边界区eb和核心区土体孔隙比e,借助孔隙比与渗透系数的经验关系,建立了一种在不增加试验量的情况下就可合理修正粗粒土渗透系数测试值的“孔隙尺寸效应”法;同时,以eb和e相等为依据,提出了一种确定粗粒土渗透试验边壁处理层最优厚度的“等效孔隙比”法,并探讨了渗透仪直径与边壁效应的关系。研究表明,边壁多余孔隙引起eb的增大是导致边壁渗漏的根本原因;随着边壁替代颗粒堆积单元中颗粒数量和位置的不同,边壁颗粒呈现两颗粒、三颗粒锐角和三颗粒钝角3类典型的平面堆积模式,由此对应的eb计算结果依次增大;渗透系数修正值和边壁处理层最优厚度主要由试样级配、密实程度、颗粒密度、边壁颗粒堆积模式以及渗透仪直径等因素决定,当渗透仪直径超过8倍最大粒径后边壁效应对渗透试验测试结果影响不再显著。（3）无砟轨道级配碎石强化基床表层翻浆模拟试验及形成机理分析无砟轨道级配碎石强化基床表层翻浆是近年来多雨地区高速铁路出现的一种新的路基病害现象。通过开展“竖向足尺-平面单元”的室内填土动态模型试验,对无砟轨道基床翻浆进行了定量化的全过程模拟,确定了翻浆的形成过程以及基本条件,分析了影响翻浆病害严重程度的主要因素。试验表明,轨道结构底座（或支承层）与路基面之间出现离缝、离缝长时间积水和列车动荷载作用是形成无砟轨道基床翻浆的3个基本要素;列车通过时离缝体积压缩、离缝内积水受压形成的瞬时动水压在消散过程中冲刷携出路基面颗粒是导致翻浆产生的根本原因;离缝高度和级配碎石细粒含量的增加会加剧翻浆严重程度,使发生翻浆所需荷载作用次数提前以及颗粒携出量增多。（4）单元板式无砟轨道路基翻浆判别准则及基床入渗排水措施控制分析针对由地表雨水入渗引发的单元板式无砟轨道基床翻浆病害,基于Mein-Larsson降雨入渗地表积水理论,推导了路基面积水临界雨强Ic的表达式;通过定义翻浆区域内底座裂隙渗水流量与翻浆面积之比为路基面等效降雨强度Ie,以Ie>Ic确定的路基面离缝积水持续时间td为条件,建立了适用于单元板式无砟轨道基床翻浆判别的“雨强-积水”法;针对现行无砟轨道基床排水措施,以满足线路当地降雨气候环境为原则,提出了防止路基翻浆的基床入渗排水优化设计建议措施。研究表明,无砟轨道路基面积水临界雨强Ic由级配碎石的渗透系数控制,td主要受线路所在地降雨强度、底座渗水裂隙尺寸和级配碎石渗透性影响,期间承受的列车荷载作用次数决定了翻浆的形成;离缝区雨水从进入到排出基床共经历入渗和排水两个过程,基床结构应满足路基面等效降雨量<入渗区入渗量<排水区排水量的控制要求,以达到减小td持续时间的目的。