本文以国家重点基础研究发展计划(973计划)“青藏高原重大冻土工程的基础研究”为依托,以青藏高原东部多年冻土区第一条高速公路(共和至玉树高速公路)沿线的三种特殊路基结构(保温路基,碎石路基和通风管路基)为研究对象,通过现场试验,室内试验,理论分析和数值计算等手段,分析了特殊冷却路基结构在高速公路修建初期的地温变化过程及降温效果,研究了高速公路修建初期特殊路基结构的变形特征及机理,提出了针对多年冻土区特殊路基结构工程服役性能的评价体系,研究成果为交通部门后期开展多年冻土区高速公路路基运营维护和类似工程的设计与建设提供重要的指导作用。其主要研究成果有:(1)分析了共玉高速公路建设初期三种特殊冷却路基结构的热状况。根据共玉高速公路沿线特殊冷却路基3-4年的地温资料,分析了路基本体在冷季与暖季的地温特征;研究了路基下伏冻土的升温幅度和冻土上限的退化程度;通过对比分析下伏冻土的升温和融化速率,提出了适宜于多年冻土区高速公路修筑的路基型式;分析了造成路基温度场非对称性的重要原因。(2)揭示了多年冻土区高速公路特殊路基结构修筑初期的主要变形源(冻融循环和融沉)的基本特征。利用地温资料,研究了沥青路面对下伏冻土热稳定性的影响程度;基于分层变形数据,揭示了高速公路修筑初期特殊路基结构不同层位各个变形源的变化规律;主要探讨了路基最大冻胀量与最大融沉量产生滞后效应的原因;总结了多年冻土区路基的变形特点。(3)建立了含砂粉土的稳定冻胀率与稳定融沉系数计算模型。通过室内三向冻融试验,分析了影响含砂粉土变形量的主要因素,揭示了各影响因素与稳定冻胀率和稳定融沉系数的变化关系,采用多元线性回归分析方法分别建立了稳定冻胀率和稳定融沉系数的预测模型。(4)建立了基于冻土的四相体系和非饱和土渗流与热传导理论的冻土路基水热全耦合模型。利用该模型重点研究了特殊路基结构下冻土上限的退化规律和路基横向热差异,其中涉及特殊路基结构冻土上限计算模型的建立,新型非对称路基结构的提出以及线路走向对路基横向热差异影响程度的分析。以有效融化含水量和温度作为影响参数,建立了多年冻土地区路基的融沉计算模型,研究了路基长期变形效应的发展规律。(5)建立了针对多年冻土区路基工程的服役性能评价体系。针对冻土路基的长期服役性能和表现,通过实际模型算例,预测了特殊路基结构在舒适性,平稳性及安全性使用要求和最小设计寿命下的变形效应;并应用评价体系,重点对其服役性能的发展过程进行了评价;提出了改善其服役性能的相应建议。