高速铁路对线路的平顺性提出了极其严格的要求,路基的微小变形都将导致不良的影响。严寒地区高速铁路路基的冻胀变形影响线路的平顺性和乘车舒适度以及结构的耐久性,严重的甚至影响列车的行驶安全。而针对传统结构的不冻胀土已不能适应高速铁路的要求。因此,研究微冻胀填料的冻胀性问题对于严寒地区高速铁路建设及运营维护具有重要意义。论文针对季节性冻土地区路基冻胀对高速铁路平顺性的影响问题,基于填充料的冻胀与粗颗粒骨架的相互作用开展微冻胀填料的冻胀性研究。通过理论分析、室内试验和数值仿真计算相结合的研究方法,分析了微冻胀填料的冻胀特点和结构特性,揭示了微冻胀填料的冻胀发育机制；分析了微冻胀填料冻胀过程中填充料冻胀与骨架颗粒的相互作用关系,建立了微冻胀填料冻胀变形分析模型；基于能量最低原理,推导了微冻胀填料的冻胀计算公式；提出了微冻胀填料的冻胀性评价与试验方法,并提出了路基防冻胀的相关建议。主要研究成果如下：(1)揭示了微冻胀填料冻胀的特点和冻胀微观发育机制。微冻胀填料主要由粗颗粒组成,含有少量细颗粒,由于结构内部的离散性和水分传递的非连续性,冻结时土样的不同部位基本处于相对“封闭”的状态,主要表现为“原位冻胀”,冻胀的发生随冻结温度呈“瞬时性”。微冻胀填料的自然持水率一般较低,且绝大部分赋存于细颗粒中。冻结时细颗粒中的水分转移集聚会导致新的空间占位,其作用远大于水变冰的体积增量；而粗颗粒表面吸附的少量水分,仅会产生一定的相变体积膨胀。细颗粒是微冻胀填料冻胀的主要根源。(2)建立了微冻胀填料冻胀变形分析模型。微冻胀填料由粗粒骨架与骨架中的填充料及未充填的剩余孔隙组成。骨架粗颗粒可以认为是刚性体,冻结时体积不膨胀。填充料冻结时体积膨胀,一方面产生填充作用,充填剩余的孔隙；另一方面产生抬升作用,抬升骨架颗粒,导致宏观上的冻胀。剩余孔隙率大时,对冻胀的内部消纳作用强,同时也削减抬升作用的能量；抬升作用则导致骨架孔隙增大,有利于充填作用的发展。骨架结构结合稳定时,充填作用明显。实际的微冻胀填料冻胀过程是充填作用与抬升作用的动态平衡过程。(3)建立了微冻胀填料的冻胀计算公式。基于所建立的微冻胀填料分析模型,考虑充填和抬升作用的相互影响,采用能量最低原理,推导了以填充料摩擦角、粘聚力、含量、冻胀率、初始填充率、填料比重、含水率、密度、上覆荷载和骨架比重等物理力学参数的微冻胀填料冻胀计算公式。(4)建立了微冻胀填料冻胀敏感性分析评价与试验方法。以填料中2mm以下的填充料的冻胀试验为基础,综合粗粒骨架的孔隙及充填状态,按所推导的微冻胀填料冻胀计算公式分析计算和评价微冻胀填料的冻胀性。将传统意义的“不冻胀”填料细分为6等级。(5)提出了高速铁路微冻胀填料控制方法和建议。分析提出了高速铁路基床填料选择与控制流程。结合微冻胀填料冻胀模型,提出了减小填料不均匀系数实现高速铁路路基防冻胀等建议。综合分析了基床表层级配碎石关键参数,提出了严寒地区高速铁路基床表层级配碎石级配优化建议。