铁路作为国民经济大动脉和国家重要基础设施对我国经济发展有重大意义。在西部大开发战略的强力实施下,中国西部铁路建设更成为了全国铁路建设的重要根据地。随着铁路运输的发展、既有铁路不断提速,既有线已经出现许多路基病害问题,严重影响铁路的安全运营。既有线病害类型多样,但沉降问题已经成为既有铁路普遍存在的问题,严重困扰既有线路的维修和运用安全。宝中线K329～K365位于宁夏固原市境内,是“一带一路”的重要城市之一。随着近几年该地区社会经济的发展,铁路运输规模逐步扩大,火车提速以及运量增加,加之每年春秋季节周围农田大水漫灌,在长期火车动荷载作用下最终导致路基土体产生了不同程度的病害,严重威胁行车安全。黄土具有大孔隙、垂直节理明显的结构特征,在干燥条件下具有较高的强度,但是在水和动荷载的影响下,物理性质变化极大,强度迅速减小,产生振陷病害问题。我国各地地理、地质和气候条件差异大,黄土的组成成分、分布地带、沉积厚度、湿陷特征和物理力学性质也因地而异,振陷病害成因机制和影响因素的复杂,不同黄土地区的工程问题并不能照搬其他地区病害问题的处理措施,严重增加了我国黄土地区工程问题的处理难度。论文以《铁路既有线路基病害整治成套技术研究》课题为依托,选取宝中线K329-K331段为研究对象,采用室内试验、现场测试、物理模拟等方法,进行了以下几个方面的研究:首先通过对研究区工程地质条件及病害特征进行现场调查及监测,整理工程地质特性与病害特征,初步探讨了研究区裂缝与不均匀沉降病害的成因主要为:病害区路基黄土具有“两低两高”特性、强亲水性、颗粒级配不同层位差异明显等特征,为病害区路基病害的产生提供了根本条件;每年春秋季周围农田灌溉的诱发因素,使得土体水位明显上升,导致地基承载力下降;同时在列车振动作用下,致使路基沉降不稳定,经过长期列车循环振动荷载作用,路基与两侧出现了不同程度的裂缝。经过现场试验研究,初步判定研究区路基裂缝与不均匀沉降的主要问题归结于振陷的问题,研究结果为论文提供了科学问题的研究方向。其次研究了病害区路基不同深度黄土的静力学特征,结果表明病害区路基不同深度黄土的应力-应变曲线破坏类型、结构强度与抗剪强度均体现出明显的差异性,受含水率的影响这种差异性更大;抗剪强度与结构强度关系密切,二者呈正相关关系,结构强度越大,抗剪强度越大。病害区路基黄土的力学性能与其结构性有密切关系,对深入研究病害区路基黄土微观结构与宏观力学之间的关系及路基黄土振陷成因机制的研究有重要作用。接着深入开展了病害区路基黄土的动剪切模量、阻尼比、动强度及参数、动孔隙水压力等变化规律及特征的研究,并分析病害区路基黄土的振陷特征,得出振动荷载作用下,病害区路基黄土具有动剪切模量迅速减小、阻尼比迅速增大、动强度迅速降低、动孔隙水压力骤增、动应变急剧增加的特点,说明振动荷载对土体的破坏能力之强,含水率越高,这种趋势更明显。在水的驱动下,振动荷载对黄土的破坏力更加明显,在较少的振动荷载次数下足以破坏土体。从微观的角度,重点研究了动荷载作用后病害区路基黄土的二维微观结构损伤与演化的差异性以及黄土振陷的CT三维结构损伤演化过程,提出了黄土振陷的结构损伤过程具有颗粒损伤变小,超大孔隙、大孔隙、中孔隙损伤减少,小孔隙不断发育增加,裂隙不断演化,部分形成贯通裂缝的特征。基于破损力学理论,分析总结了黄土振陷的结构损伤演化机理为:将黄土的微观结构抽象并简化为结构块和结构带,土得结构块愈来愈小,愈来愈弱,结构带愈来愈大、愈来愈强,从而在结构块和结构带得受力状况之间逐渐发生由“块”到“带”得应力转移过程,与此同时,也出现一个原有结构性被破坏（破损）,新的结构性又逐渐形成（愈合）得结构转化过程。依据振陷的损伤演化机理,将颗粒的接触方式分为胶结接触和摩擦接触,以宏观与微观的能量守恒定律,推导了考虑振陷因素影响的破损变量,提出一种引入动模量的二元介质损伤模型,建立病害区路基黄土振陷的成因机制模型为:病害区路基黄土具有架空大孔隙的微观结构特征,在振动荷载作用下病害区路基黄土的颗粒与孔隙受到损伤,土体内部结构块逐渐被压碎、侧移或上挤,导致土体内部孔隙迅速减少,在宏观上体现出土体沉降的现象;随着振动荷载的持续作用,黄土结构块与结构带之间的受力逐渐由块向带的应力转移,导致土体内部产生大量的结构带,而结构块愈来愈小,土体呈现出贯通的结构带,在宏观上体现出贯通裂缝,结构块颗粒变小的现象。最后基于病害区路基黄土振陷病害成因机制,通过宏观试验,发现了水泥-磷石膏改良黄土能显著提高病害区路基黄土的强度、抗渗性、抗冻性及动力特性,并从微观结构、物理化学角度,比较深入地论证了水泥-磷石膏改良黄土的机理。结合既有铁路路基病害的治理的特殊性,选取斜旋喷施工技术,进行水泥-磷石膏斜旋喷桩的室内物理模拟、现场试桩、现场载荷试验等,确定施工技术参数,并将水泥-磷石膏斜旋喷桩应用于宝中线K329段,现场挖桩、沉降数据均表明该治理技术有效控制了病害路基的沉降,效果明显。