高速铁路路基的设计使用年限为100年。在服役寿命里,路基经受着交通荷载与气候的双重影响,在强度、刚度、累积变形、水分运移方面提升路基服役性能,是保障路基正常运营的必要条件。近年来,虽然高速铁路在我国迅速发展,但其应用仍存在两个问题:路基设计建造阶段细土改良的控制技术和运营维护阶段水害的防护措施。本文针对以上两个技术问题,从单元体试验(含微观结构试验)、全比尺物理模型试验、数值模拟三个方面,研究了高速铁路路基力学性能及水分运移规律,为改善高铁路基应用提供了一定的技术支撑,开展的主要研究工作如下:(1)单元体试验。基于C组细土填料中增加粗土颗粒的物理改良方法,制备了 6种不同粗颗粒体积分数fv的混合土体,通过CT扫描试验,发现了粗颗粒含量对土体结构改变的影响。通过静、动三轴试验,研究了粗颗粒含量对土体静剪切强度、动荷载下永久变形、回弹模量和阻尼比等力学参数的影响,发现了特征粗颗粒体积分数f-cha,该值与CT试验结果对应:当fv≤fv-cha时,土体力学性能受细颗粒控制,而当fv>f-vha时,土体力学性能则受粗颗粒控制。(2)全比尺物理模型试验。设计建造了高速铁路板式轨道-格栅加筋桩网结构路基全比尺物理模型,研究了极端气候条件下,不同水位和长期动荷载加载对路基内部含水量、土压力、变形的影响。试验分为水位上升、高水位加载、水位下降、低水位加载4个步骤。研究表明,在桩网结构路基中,动土压力受“土拱效应”影响,且随着水位上升和加载进行,该影响更加明显,在一定振次后,该影响趋于稳定。水位上升后,路基整体累积沉降由水位下方饱和区域控制,而水位上方非饱和区域累积沉降较小。由于桩帽与桩间土刚度差异,路基内部累积沉降呈“抛物线”式分布,即桩间土上方沉降较大,桩帽上方沉降较小。(3)数值模拟。建立了高铁路基数值模型,考虑了混凝土底座边缘出现裂缝(降雨入渗边界)情况,研究了正常降雨条件下,基床底层压实度和细颗粒含量对高铁路基内部水分运移规律的影响。研究表明,在3年计算周期后,路基内部出现“水囊”,“水囊”大小随基床底层压实度或细颗粒含量的增大而增大,且细颗粒含量影响更大。通过分析左侧裂缝剖面不同深度处体积含水量随时间的变化发现,压实度增大,同一深度测点浸润线到达时间延长,含水量变化幅度减小;对于各工况,浸润线均需通过较长时间击穿基床表层和底层的交界面。(4)通过单元体试验、全比尺模型试验、数值模拟三方面工作,结合理论及现有研究资料,提出了路基设计建造阶段细土材料物理改良方法和运营维护阶段水害防护方法的技术建议。