我国高速铁路事业发展迅猛,在季节冰冻区已有多条高速铁路正在运营或建设,虽然高铁与普通铁路相比在技术上有了很大的进步,但每年还是会有冻害的发生,其中冻胀现象较为普遍。针对这一问题,相关学者进行了大量的研究,提出了许多的理论和对策,虽然问题一直在改善,但并未彻底解决。本文基于前人的研究资料,以哈(哈尔滨)牡(牡丹江)客专典型路段的路基填料为对象,进行室内土体冻胀试验,结合有限元分析方法,对哈牡客专铁路路基的冻胀特性进行系统研究。1)对我国东北、华北、西北部季冻区路基冻害调查研究资料进行收集整理。调查表明路基冻胀是其典型病害形式,分析了冻胀发展规律、易发生部位及时间,从自然环境特征和人为因素等方面,分析归纳了影响铁路路基冻胀的因素。2)以哈牡客专为依托,分析了该线路所在区域的气温、降水等气候特征。选择典型路段的路基填料,进行室内试验,得到了该填料的颗粒级配、颗粒密度、细粒土液塑限、最大干密度和最优含水率等物理指标。采取大型直剪和压缩试验分析了填料的抗剪强度和压缩性等力学性质。填料在最优含水率状态下的抗剪强度小于天然状态下的,两种状态下的内摩擦角都较大,天然状态下的内摩擦角甚至超过了45o。填料在最优含水率状态下为低压缩性土,其a-p和E_s-p曲线均存在波动性。3)为了分析填料的冻胀特性,研发了土体冻胀试验测试装置。试验装置包括:试件模型、降温系统、补水系统、温度监测系统、变形监测系统等。模拟路基的冻结过程,在封闭系统下(不补水条件)和开放系统下(补水条件下)进行冻胀试验。4)针对不同类型的填料(典型路段路基填料、细粒土含量8%的土样、细粒土含量16%的土样),进行不同含水率下封闭体系的冻胀试验。土样的温度变化经历快速降温、缓慢降温、缓慢冻结、快速冻结、冻结稳定5个阶段,随着含水率的增大,缓慢冻结期的时间越长。冻胀量随着含水率的增大而增大。5)针对不同类型的填料(典型路段路基填料、细粒土含量8%的土样、细粒土含量16%的土样),在初始含水率相同的条件下进行开放系统下冻结试验。分析不同细颗粒含量下的冻胀变形和温度变化情况。试验结果表明:土中的细颗粒土含量越多冻胀量越大;相同条件下试样在开放系统中的冻胀量大于封闭系统;环境温度越低试样冻结速度越快;试样在不同温度下的冻胀量有差异。6)应用有限元方法,对不同含水率下的哈牡客专典型路段路基各时刻的路基温度场和冻胀变形进行模拟计算。计算结果表明:11月至次年1月为路基顶面冻胀快速发展期,1月至3月为冻胀稳定期,3月至5月为冻胀融化期;冻胀量主要在冻胀快速发展期产生;路基顶面最大冻胀变形出现在2月;两侧坡顶的冻胀大于路基中心,路基两侧变形是非对称分布。