随着交通量不断增加，国家经济水平快速增长，现有的高速公路不能满足人们的需求，对已运营多年的高速公路进行改扩建是当前社会的亟需。由于新老路基土体的物理力学性质不同，必然会因新老路基之间产生差异沉降，导致新老路基拼接以及路面拼接的诟病，本文针对高速公路拓宽采用数值分析、大比例尺寸模型试验等方法，对高速公路拓宽改造后新老路基的差异沉降变形模式、路面结构变形机制进行了研究，主要研究内容及成果如下：（1）拓宽路基差异沉降模式与影响因素分析结合大型通用有限元程序及岩土专业理论，建立高速公路拓宽工程数值分析模型，分别考虑新旧路基设计参数和路基材料等因素对拓宽路基变形性状展开数值分析，得出拓宽路基的差异沉降变形模式和影响因素。（2）拓宽路基路面大比尺试验模型试验在大型地基沉降模拟系统基础上，开发设计更适用于拓宽路基地基不同时域和区域沉降特征曲线的模拟系统，开展了拓宽道路大比例尺模型试验研究工作。试验中分别考虑新老路基拼接处理方式、路面结构层特征及路面荷载加载方式等不同工况，并设计出新老路基沉降监测系统和基于光纤光栅原理的路面结构层测试系统，得出了地基差异沉降条件下新老路基沉降变形、路基垂直土压力值变化、土工材料变形特征及路面结构层应力应变特征。本文研究得出的拓宽路基差异沉降特性，为以后相关项目的立项、设计、施工及科研提供了一定的技术参考与依据，很有经济效益和社会意义。