膨胀土对水分极其敏感,其通常具有长期潜在危险的破坏特点,所以针对这种“问题土”的研究已成为不容忽视的课题。本文以某山区机场高填方跑道路基中的膨胀土为研究对象,通过室内模型试验和水-热耦合数值模型计算探究实际工程中由于施工工艺或环境因素导致的高填方体碾压后不同层存在压实度梯度和含水量梯度情况下的水分迁移规律,在此基础上进一步研究在冻融循环作用下膨胀土的强度变化规律,为防治冻融循环作用下膨胀土路基的工程问题提供研究支撑。论文的主要研究内容和成果如下:(1)模型试验系统的研发与验证。根据试验目标要求,研发了非饱和土水分迁移试验装置,该试验装置在研究非饱和路基土时重点需要满足以下几个要求,可控制温度梯度、上覆压力和补水条件,且具备数据采集装置。经过多次试验尝试,形成了一套系统的试验操作方法和步骤,在节省试验时间的同时尽可能减小试验误差。(2)水分迁移模型试验研究。进行室内模型试验,分别进行3次冻融循环试验,模拟4种实际工程中的情况,即试样顶端不存在上覆荷载、试样顶端存在上覆荷载、试样存在含水量梯度和试样存在压实度梯度。根据测量不同时间点的各测点的温度、含水量以及试样体积的变化数据,探究冻融过程中上覆荷载、含水量梯度和压实度梯度对非饱和土路基水分迁移规律的影响。(3)COMSOL Multiphysics软件数值模拟计算。建立了非饱和土水-热耦合方程,利用软件中的PDE模块,通过前期试验和查阅文献确定方程中各参数后,构建计算模型并进行软件模拟计算。将计算结果与室内模型试验数据进行对比后共同分析在冻融作用下的非饱和膨胀土路基的水分迁移规律。(4)冻融作用下非饱和膨胀土抗剪强度变化规律研究。根据室内模型试验得出的冻融循环作用下的水分迁移规律,沿试样轴向选取5个典型横截面,根据断面上的土的密度和含水量制备相应的试样进行直剪试验,通过分析各组试验测定的抗剪强度和抗剪强度指标随试样深度和含水量的变化趋势,得出了在冻融循环作用下上覆荷载、含水量梯度和压实度梯度对非饱和膨胀土抗剪强度及抗剪强度指标的影响规律。