近年来,高速铁路以其快速、安全、高效、环境友好等优点,在我国得到了迅速发展,目前中国的高速铁路营业总里程居世界首位。在运营期列车的长期动力荷载作用下,路基不产生过大的累积塑性变形或差异沉降是保证高速铁路长期、稳定运营的重要前提条件。本文依托国家自然科学基金项目,以高铁路基级配碎石填料为对象,开展了室内单元结构填土模型试验,研究了长周期循环动载作用下级配碎石填料的动力特性和累积塑性变形,并结合数值分析确定了适用于该填料的累积塑性应变计算模型的参数。主要工作及结论如下:(1)设计并开展了室内单元结构填土模型试验。根据动力荷载的传递、衰减范围确定了单元模型的几何尺寸,采用允许侧移的模型箱侧板及砂袋墙构成柔性边界,以模拟实际路基中的局部单元结构。按照规范要求设计并验证了级配碎石的粒组百分比,逐层填筑并检测了压实度,确保了填土模型的填筑质量满足规范要求。依据实际列车及路基动响应特征设计加载频率,对填土模型施加了共计168万次正弦型循环动荷载。采用自制竖向变形测量装置、动测元件以及千分表等对加载过程中填土模型的动力响应以及变形进行了测试。(2)基于模型试验的测试结果,获得了竖向累积塑性变形随加载次数的发展规律;分析了荷载水平、加载频率对动应力、振动加速度、弹性变形、累积塑性变形的影响,获得了动力响应和变形随路基深度的变化规律。结果表明:(1)随着荷载水平的增加,竖向动应力呈线性增长,累积塑性变形和竖向弹性变形则先小幅增加、而后迅速增长,振动加速度整体呈增长趋势。(2)动应力和竖向弹性变形沿路基深度整体呈衰减趋势,模型顶面以下0.75m深度范围为弹性变形的主要衰减区,竖向累积塑性变形亦主要产生于该区域,侧向累积塑性变形沿路基深度变化不大。(3)振动加速度随加载频率提高而增大,竖向弹性变形则随之减小,荷载水平越高变化越明显;荷载水平不变,累积塑性变形经过加载初期的显著增长阶段后,随加载频率的提高而呈现出的增长效应不明显。(3)以室内单元结构填土模型试验为对象,选用了可考虑残余应力、侧向塑性应变影响的累积塑性应变计算模型,结合三维有限元仿真计算所得的各土层三向应力分量和模型试验结果确定了适用于级配碎石填料的计算模型参数,可为实际工程中的路基累积塑性变形预测分析提供依据。