大西客运专线是我国在黄土地区修建的又一条高速铁路,最高运行时速达350km,全线铺设无砟轨道,对路基的变形沉降提出了严格的要求。大西客运专线主要经过高烈度的巨厚黄土区,沿线地质条件复杂,优质填料十分缺乏,因此,对普通填料进行改良,使其从技术和经济上都达到高速铁路路基对填料的要求,从而扩大填料的使用范围,对高速铁路的建设具有重要意义。本文在归纳、总结前人研究成果的基础上,以大西客运专线沿线山西境内原状黄土重塑黄土和水泥改良黄土为研究对象,进行了室内常规物理力学试验和动三轴试验,结合数值模拟分析,对原状黄土、重塑黄土和水泥改良黄土的工程性质进行了深入研究,重点研究了机车振动作用下水泥改良黄土的动力特性,取得了一些有价值的研究成果。(1)通过现场取样和室内物理力学试验,对山西原状和重塑黄土的工程性质进行了的研究,试验结果表明：未经改良的黄土的力学性质不能满足高速铁路路基的设计要求,不能直接作为路基填料使用。(2)利用多种室内试验手段对不同配合比(4%、5%、6%、7%)水泥改良黄土的物理力学性质进行了试验研究,试验结果表明：水泥改良黄土的工程性质较重塑黄土有大幅度的提高；配合比达到6%及以上的水泥改良黄土的力学控制指标均能达到高速铁路对路基填料的要求；建议改良黄土路基填料的水泥配合比为6%。(3)首次利用动三轴试验,进行了机车振动作用下不同配合比水泥改良黄土的振陷性研究,根据试验结果得出了振陷量随水泥配合比、埋深、振次的变化规律,建立了水泥改良黄土振陷量预测的数学模型,揭示了机车振动作用下水泥改良黄土的振陷机理；分析了动弹模、阻尼比与动应变的关系,建立了水泥改良黄土动弹模与动应变的双曲线模型,确定了模型中试验参数的物理意义,找到了一种方便可行的求取水泥改良黄土动弹模的方法。(4)以不同水泥配合比改良黄土填料填筑的路基为研究对象,利用有限元方法,获得其在自重、上覆结构静力荷载及机车振动荷载作用下的沉降变形量,结果表明：随着水泥配合比的增加,路基在静力和振动荷载作用下的沉降量均明显减小；从而验证了水泥改良的效果,为高速铁路路基填料的设计提供了科学依据。