高速铁路系统应具有高安全性、高可靠性和少维护性，轨道结构要求满足高平顺性和高稳定性，为了达到这些目标，就要求对路基（尤其是路基变形）进行非常严格的控制。控制路基变形主要包括控制路堤地基变形和控制路堤填土变形两部分，长期以来路基变形控制的研究主要集中在地基变形控制，对路堤填土变形（主要是基床以下路堤变形）控制的研究相对缺乏。路堤基床以下部位主要承受自重荷载作用，尤其在高路堤条件下的长期变形会对高速铁路安全高效优质运营产生显著影响。提出以长期变形状态控制为核心，满足功能要求的路堤填筑设计方法，对完善和丰富高速铁路路基设计理论及其长期服役性能演化评价技术具有重要意义。　　在分析和总结既有研究成果的基础上，对土体变形状态随荷载作用水平的变化规律，提出了全面的类别划分和清晰判别准则，构建了一种描述土体变形状态演化的复元件模型，推导了不同演化阶段的时间效应函数;采用一种改装的拉线型应力式直剪仪，开展了反映土体变形时间效应的蠕变直剪试验，获取了土体变形状态荷载阈值及强度参数。针对路堤的性能要求和结构特点，探讨了基于变形状态控制的高速铁路路堤填筑设计原则和分析方法、技术条件。主要工作和结论如下:　　1)长期荷载作用下的土体变形特征研究　　研究表明，不同剪应力(τ)作用下的土体剪切位移随时间呈现出不同的发展规律，即:在较小的剪应力水平下（τ＜τk，τk为蠕变起始界限，可以视为土体的结构屈服强度），剪切位移基本不具有时间效应特征，很快趋于收敛，可认为土体此时处于变形的“快速稳定”状态;当剪应力水平增大到一定程度后（τk≤τ＜τT，τT为蠕变收敛与发散的阈值，可视为土体的长期强度），剪切位移虽然随时间而增加，但最终仍会趋于收敛，此时的土体变形则处于“缓慢稳定”状态;当剪应力水平继续增大（τT≤τ＜τf)，剪切位移随时间增加而逐渐增大，达到极限位移后发散，且达到发散所需的时间长短决定于剪应力水平，此时的土体变形为“缓慢破坏”状态;当剪应力水平再进一步增大后（τ≥τf,τf与土体在常规剪切试验下得到的极限强度十分接近，可近似认为二者相等），剪切位移快速发展，短时间内达到极限位移，试样发生破坏，此时的土体变形处于“快速破坏”状态。明确了长期静荷载作用下土体的变形状态随剪应力水平的增加呈现“快速稳定”、“缓慢稳定”、“缓慢破坏，，和“快速破坏”四种状态类别;构建了与之相适配的荷载-变形蠕变复元件模型，完整和直观地反映了不同荷载水平下的土体变形时间效应演化特征。　　2)应力式蠕变直剪试验仪改装及标定试验　　针对现有框架型应力式直剪仪在小剪应力水平下受摩阻力影响和温度变化干扰较大的缺陷，自行设计改装了一套拉线型应力式直剪仪。开展了框架型和拉线型两种仪器的摩阻力影响和温度变化干扰标定试验，重点讨论了在小剪应力水平下两种仪器的精度和稳定性变化特点。试验分析表明，在较大剪应力水平下，现有框架型应力式直剪仪的相对误差基本不超过5％，满足常规试验的精度要求，但在小剪应力水平下的相对误差在8％～22％之间变化，说明框架型应力式直剪仪在小剪应力水平下的仪器精度会大幅降低，对于有特殊要求的蠕变直剪试验，会产生较大的试验误差。而自行设计改装的拉线型应力式直剪仪，既能保持在大剪应力水平下的相对误差小于5％的良好性能，同时也能显著地降低在小剪应力水平下的摩阻力干扰，使其相对误差降低至6％～13％，误差水平较框架型应力式直剪仪减小约40％，仪器精度得到了较大提高。研究结果也表明，环境温度变化也会对应力式直剪仪的设备状态有一定程度的扰动，其中，拉线型应力式直剪仪由温度变化引起的剪切力波动的平均值和标准差均小于框架型应力式直剪仪，具有相对较好的抗温度变化扰动的能力。　　3)基于蠕变直剪试验的土体变形时间效应及状态强度参数　　基于长期静荷载作用下土体变形状态随剪应力水平增加呈现的四种状态类别，提出了以塑性剪切位移速率为核心指标，基于负幂函数表达，通过幂次值p反映试样剪切位移状态演化的判别准则。通过改装的应力式蠕变直剪试验仪对不同压实密度下的重塑黏土饱和试样进行了分样和分级加载模式下的剪切位移时间效应试验。将λ（即剪应力比）定义为所施加剪应力τ与土体极限抗剪强度τf的比值。试验表明:对于“幂次判别法”，p≥2时，土体处于快速稳定状态，对应λ≤10％;1＜p＜2时土体处于缓慢稳定状态，10％＜λ＜80％;0＜p≤1时土体处于缓慢破坏状态，80％≤λ＜100％，;p≤0对应的λ≥100％，土体处于快速破坏状态。根据“幂次值p-剪应力水平λ曲线”呈倒“S”形分布的特征，提出了将曲线两个最大曲率点及曲线与横坐标交点对应的剪应力水平作为土体四种变形状态的荷载阈值，即“曲线形态判别法”，并据此得到了试验用粉质黏土四种变形状态的3个剪应力水平阈值，λ=30％对应结构屈服强度、λ=70％对应长期强度、λ=100％为极限强度。　　对比发现，采用“幂次判别法”获得的快速稳定状态荷载阈值严于“曲线形态判别法”。另外，土体不同压实密度下反映试样剪切位移演化趋势的幂次值p与剪应力比λ的变化规律有高度一致性，即p值的变化只依赖于λ。　　基于库伦强度理论，以不同变形状态的剪应力阈值与土体极限抗剪强度对应关系，推导了相应变形状态强度参数与极限状态强度参数的关系式。　　4)基于长期塑性变形演化状态控制的高速铁路路堤填筑设计技术探讨　　高速铁路无砟轨道要求具有百年的设计使用年限，且后期维修工作困难。为了能长期持续地保持轨道结构的高平顺性，要求无砟轨道路基的工后沉降须满足毫米级的变形量。针对这一技术特点，提出了高速铁路无砟轨道路堤填土部分的长期变形应处于快速稳定状态的设计控制原则，为此，进行无砟轨道高速铁路路堤的填筑设计时，需将填料所承受的荷载水平（路堤高度）控制在变形状态处于快速稳定的荷载阈值以内。针对具体工点，可以通过调整路堤高度（荷载水平）、合理选择填料和制定压实标准等技术措施，实现优化设计、完善施工、降低造价的技术目标。　　针对路堤填土不同侧限状态（主动状态，完全侧限OCR=1）条件，推导了考虑路堤荷载和填料强度的路堤最大设计高度计算公式，提出了实现路堤填筑处于快速稳定变形状态的填料选择和压实标准的设计原则及技术条件。计算表明，采用粉质黏土填料按90％压实度进行路堤填筑时，满足快速稳定变形状态控制要求的高度限值只有0.7～1.5m，小于基床厚度;而95％和100％压实度下，满足快速稳定变形状态对应的路堤高度限值为2.8m～5.0m和4.0m～6.6m，可见，对于广泛分布的粉质黏土C类填料，通过提高压实标准使其达到低压缩性状态也能用于高速铁路无砟轨道基床以下路堤填筑。　　对于常规高度(≤6m)的高速铁路路堤填土，只存在微小塑性变形情况下，可认为处于“快速稳定”变形状态。以路堤填土沉降量达到路堤高度的0.1％作为划分塑性变形是否具有时间效应的极限变形，通过采用快速稳定变形状态强度参数的弹塑性有限元计算可得，填土压实度分别为95％和100％所对应的路堤高度限值对应为4.2m和5.5m，与路堤最大设计高度计算公式所得结果有良好一致性。研究成果为有限元计算技术用于高速铁路路堤工后沉降的估算提供了新思路。