迄今,关于高寒冻融区高铁路基粗粒填料力学性能及路基振动反应分析的研究工作在国内外均少有开展。随着我国“一带一路”和高铁“走出去”战略的推动和实施,将近7000 km的高速铁路线路位于高寒冻融区。世界上第一条穿越高寒区的高速铁路——哈尔滨至大连高铁,在运行期间出现了不同程度的路基冻胀等现象,从而引起铁路部门的高度重视;并且,随着高寒冻融区高速铁路、高速公路工程的不断增多,冻融循环与行车振动荷载联合作用下岩土工程问题,业已成为目前研究的重点和热点问题。鉴于上述,本文以高寒冻融区哈齐高铁、哈大高铁的运营维护和抗振设计为应用背景,着眼室内试验和现场试验、数值模拟和理论分析相结合的研究手段,研究冻融循环作用下高铁路基粗粒填料静力性能与主要影响因素,建立考虑冻融循环效应的粗粒填料静力性能模型,揭示长期动力荷载作用下粗粒填料力学性能演化规律,发展考虑颗粒破碎效应的循环压密模型。同时,考察高寒冻融区高铁无砟轨道路基振动反应特性,研究路基振动加速度、动变形和动应力的传播规律与主要影响因素,给出既有线高铁路基提速动力稳定评价方法。本文主要研究工作与取得的若干认识如下:（1）针对高铁路基基床底层路基粗粒填料,选用应变控制的加载方式,完成冻融循环-轨道自重荷载联合作用的粗粒填料静三轴试验,获得冻融循环作用下路基粗粒填料静力学性能试验结果,据此研究冻融循环-静力荷载联合作用下路基粗粒填料应力-应变曲线、弹性剪切模量、峰值强度等静力学参数的变化规律,引入随剪切过程变化的摩擦应力比修正Rowe剪胀方程,进而构建考虑冻融循环效应的粗粒填料静力本构模型。（2）基于低温动三轴试验,采用输入正弦波多级加载的方式,获得粗粒填料动力学参数试验结果,研究了冻融循环、围压、含水量、细粒含量等主要因素对粗粒填料动应力-动应变关系、动剪切模量和阻尼比的影响情况,给出粗粒填料最大动剪切模量的合理确定方法与具体表达式,选取最大动剪切模量作为基准,构建多因素影响下归一化动剪切模量与剪应变和阻尼比关系的统一数学表达式,并为考虑路基非线性影响的数值计算提供必要参数。（3）聚焦高铁路基粗粒填料长期变形与服役性能劣化的主要诱因,注重冻融循环-行车振动耦合力学效应,输入正弦波单级长期荷载（10000次）,完成考虑冻融循环次数、围压、应力幅值和细粒含量等主要因素影响下的粗粒填料长期动力加载三轴试验,揭示多因素耦合作用下粗粒填料累积轴向应变、回弹模量、剪切模量和阻尼比等长期性能指标的变化规律,据此建立长期力学性能演变经验表达式,并基于能量守恒平衡方程,发展了考虑冻融循环效应的粗粒填料循环压密模型。（4）针对哈尔滨-大连高速铁路无砟轨道路基,开展冻结期和非冻结期两种典型条件下的高铁无砟轨道路基振动反应现场监测,据此跟踪测试高速列车行驶引起的路基竖向振动加速度振动规律与传播特性,分析高寒冻融区场地条件下季节变化、行车速度和测距等主要因素对路基竖向加速度的影响情况,并提出路基竖向加速度峰值和振级随测距变化的经验关系式,并浅析了路基竖向加速度动力影响系数的确定方法与具体取值。（5）基于大系统的统一分析理念,针对高铁无砟轨道路基结构特点,引入温度变化规律作为边界条件,研究建立高速列车-无砟轨道-冻土路基耦合非线性动力学分析二维有限元数值模型与相应的计算方法,进行反复的数值模拟,据此获得不同因素影响下高铁无砟轨道路基振动反应特性与传播规律。引入人工神经网络算法,提出以路基动应力为基本评价指标的无砟轨道路基振动反应特性评价方法,并对既有高铁线路的提速稳定性给出建议。本论文研究成果进一步加深了对高寒冻融区高铁路基粗粒填料在冻融循环-行车振动联合作用下的力学性能衰变规律的认识,揭示了高速列车行驶无砟轨道路基振动反应规律。所取得相应数据与结论,为高铁路基的施工、设计与运维提供依据。