中国的冻土覆盖率高居世界第三,其中季节性冻土面积为5.173×10~6km~2。冻融循环作用一直是季冻区路基施工中重要的问题,也是导致路基出现强度损失和沉降的主要原因。其中季冻区粉砂土路基由于工程性质差、对冻胀和水稳定性敏感等缺陷,导致在施工时会发生沉降变形大、压实困难等问题,因此在施工前需要对其进行改良。结合当前的研究报道和实际工程经验,发现水泥对粉砂土的改良效果最佳,但高掺量的水泥会对土体周围环境造成破坏,也会使得土体的脆性大幅度提高,因此在水泥中掺入少量的纳米二氧化硅来减少水泥用量;同时在改良粉砂土工程特性的同时掺入必要的导电材料（碳纤维）,使其获得自感知能力,能够通过记录电阻变化,反映路基的受力和变形情况。综上本文选取水泥、纳米二氧化硅和碳纤维对季冻区粉砂土路基进行改良。主要内容为:通过静三轴试验和压敏性试验,基于响应面法分析水泥、纳米二氧化硅以及碳纤维掺量对土体静力特性和压敏性的影响,并根据响应面法中的多目标优化技术得到粉砂土的最佳改良配合比;在此基础上模拟冻融循环作用,探究在受到冻融循环作用影响时,素土和最优掺量试样的静力、动力以及电学特性的变化规律;采用电镜扫描试验,定量分析了冻融循环作用下素土和最优组试样颗粒、孔隙的变化,并利用灰色关联法找出了影响土体宏观力学、电学特性的微观结构参数。研究结果表明:（1）通过在粉砂土中添加水泥、碳纤维和纳米二氧化硅能够使得使粉砂土的粘聚力、内摩擦角和剪切峰值得到有效提高,能够满足实际工程需要。同时使得原本不存在压敏性的粉砂土获得了良好的压阻效应,基于响应面法中的多目标优化技术,得到了最优水泥掺量（A）、纳米二氧化硅掺量（B）和碳掺量（C）分别为3%、0.3%和0.64%。（2）随着冻融循环次数的增加,最优组试样的粘聚力、抗剪强度、静弹性模量整体呈下降趋势,内摩擦角无明显变化规律,但最优组试样的力学性能仍显著优于素土。（3）与素土相比改良后粉砂土的动弹性模量和动剪切模量增大,阻尼比减小。（4）最优组试样的电阻率变化率和应变灵敏度系数在前3次冻融结束后大幅度下降,随后趋于稳定,15次冻融循环后应变灵敏度系数仍是普通应变片的10倍左右;在冻融次数一定时,随着最优组试样含水率的增加,土体的压敏性得到大幅度提高。（5）随着冻融循环次数的增多,素土试样的平均粒径呈下降趋势,粒度分维呈上升趋势,颗粒的均一化程度降低,平均孔径随冻融循环次数的增加呈上升趋势;最优组试样的平均粒径增大,粒度分维起伏波动较小,平均孔径在受到冻融作用影响时有小幅度增长,但增长幅度小于素土。素土和最优组试样颗粒、孔隙的定向性均较差。