随着西部大开发战略的蓬勃发展,川藏铁路项目成为推动我国“一带一路”建设的关键工程,红层填料在路基工程中的合理应用已经成为了亟需解决的工程问题。红层在我国云贵川地区以及东南亚一带分布极为广泛,具有风化剥蚀严重、遇水易软化等工程特点,不宜直接用作路基填料。依托川藏铁路成雅（成都-雅安）段红层路基填料改良工程,将弱风化泥岩碎石按一定比例掺入红层黏土中以改善其颗粒级配及密实程度,获得满足铁路路基填筑要求的改良填料。通过现场取样及室内试验获得红层路基改良填料的相关试验结果,结合颗粒流软件PFC展开详细的数值模拟,建立相应的数值试验模型及路堤沉降模型,解释红层路基改良填料在静力荷载和循环动力荷载下强度和变形的细观机理,研究红层路基改良填料的变形破坏全过程及作为铁路路基的适应性,为红层地区铁路路基设计以及类似工程提供技术指导和参考。论文中开展的主要工作及研究成果如下:（1）阐述了颗粒流PFC3D软件的基本假设、计算原理及颗粒生成方法、围压伺服系统、加载方法等,改进了基于椭球表面形态的多面体构造法,提出了一种随机构造具有凹凸多面体形状的碎石几何模型方法,能更为准确地反应实际碎石形状,模拟真实碎石颗粒作用,为更好的研究红层改良填料的细观力学特性提供支撑。（2）在室内红层改良填料压缩试验的基础上,通过建立PFC3D压缩几何模型,研究红层改良填料不同类型的强接触力链在加载全过程时的占比情况及在峰值强度时概率密度分布规律,解释了影响红层改良填料强度的内在机理。结果表明含石量为50%的红层改良填料力学及变形特性最好,碎石与碎石的咬合接触最好,红层黏土相互黏结作为弱力链起辅助填充作用,体系内能形成有效的超强力链,支撑体系承受荷载作用;不同掺石量比例的红层改良填料力学特性优劣顺序为:50%>40%>60%;推荐在对川藏铁路红层黏土进行改良时,掺入50%的红层泥岩级配碎石作为路基填料。（3）通过对红层改良填料2进行室内剪切试验和PFC2D颗粒流模拟试验,深入研究了改良填料2的应力-应变特征曲线、剪切面形态特征及演化规律及能量转化规律。结果表明改良填料2在250k Pa、500k Pa、750k Pa轴压下的应力-应变曲线均呈应变硬化状态,且轴压增大,剪切带越宽,抗剪强度也越大;追踪试样中土体和块石不同类型的能量转换,并从能量的角度将改良填料2的剪切过程划分为三个阶段,揭示了红层改良填料大直剪试验过程中的细观机理。（4）利用PFC3D颗粒流分析软件,以红层改良填料2为研究对象,深入研究在列车循环荷载作用下改良填料2的滞回曲线、累积变形及动弹模的变化规律,较为全面的分析了改良填料2在循环荷载作用下的动力特性问题,结果表明:动应力幅值的增大,滞回圈表现为从直线到近似于“柳叶”形状;试样的动弹性模量,表现出应变越大衰减越严重的现象;而试样的阻尼比随着动应变的增大而增大;4种不同的动应力幅值导致试样表现出不同的变形破坏形式;围压的增大使试样的累积变形量变减小,表明围压可以降低试样的累积变形速率。（5）通过研究动载下红层改良填料2内部接触力链的大小和方向分布概率情况,提供了试样内部清晰、准确的内部受力细观机理,揭示改良填料2内部颗粒间接触力的传递演化规律。结果表明碎石-碎石接触对承担荷载起到主要作用,土颗粒起填充作用;动应力和围压对接触力链方向分布有着明显影响,法向接触力平均值玫瑰图的形状均大致呈“花生状”形态,随着动应力幅值增大而增大,垂直方向的接触力在增大,水平方向的接触力在减小,而围压对接触力链方向分布规律的影响主要表现在水平方向上,而对垂直方向影响较小。（6）通过PFC2D建立红层路堤数值模型,施加相应的火车荷载,从宏细观两个角度研究红层改良填料填方路基的发挥机理,在路基填筑施工阶段和列车荷载下路基的沉降较小,均满足工后沉降小于20cm规范要求;对列车荷载下路基内部接触力链变化情况分析,发现clump块石的存在能使路基本体部分内部刚度变大,向四周传递荷载的效应增强,体系内部应力分布更均匀,进而改善了路基的沉降情况。