我国高速铁路建设逐步向季冻区发展,为防治路基病害,高速铁路路基冻胀融沉变形机制暨待解决。影响路基变形最主要的危害因素是在冻融循环和荷载作用下水分在路基中的迁移聚集,路基水分场重新分布,进而导致冻融变形。近年来,围绕路基粗颗粒填料冻胀变形问题主要集中在远程监测系统的建立、不同影响因素的室内冻胀变形试验及数值模拟,对综合分析路基粗颗粒填料在冻融循环和不同荷载形式下的水分迁移机制的相关研究较少。通过对冻融循环作用下开放补水的不同初始含水率的粗颗粒填料试样分别施加不同的外荷载形式,本文研究了试样在试验过程中的温度场、冻深发展、水分迁移量、水分迁移高度、水分重分布以及在荷载条件下的冻胀融沉位移等发展变化,试验采用荧光剂示踪技术,追踪液态水迁移位置的变化现象,并且结合细观研究方法,通过X-CT扫描试样冻融前后粗颗粒结构形态分布特征,利用Matlab对X-CT图像进行处理,提取CT值,用以表征试样在冻融前后的密度变化及损伤程度。采用宏细观试验研究方法相结合,解释粗颗粒填料水分迁移机制,本文通过室内试验研究主要得出以下结论:(1)不同初始含水率试样在静荷载作用下引起的水分迁移量最大,液态水迁移高度也相应的在静荷载作用下达到最高位置。(2)动荷载作用下导致的土体位移变化最大,达到1mm～2mm之间,无荷载和静荷载作用下的试样几乎不发生位移。(3)初始含水率为3%试样冻深在不同荷载形式下均为最大值。(4)通过对CT值进行计算分析,得出粗颗粒在冻融循环之后土体密度整体增大,压实度提高,初始原因为土样本身压实度较低。