当今,货运重载化是世界各铁路大国的重要发展方向。重载列车运行对路基作用具有轴重大、频次高、持时长的荷载特点,致使路基病害多且根治难度大。填料的优劣性是影响路基填筑质量与运行状态、抗冻性能、服役性能之关键,而高等级填料如A组与B组填料又因成本高而不可能广泛应用。重载铁路路基填筑广泛采用性能差且冻胀敏感性大的C组与D组填料。采用有效的改良措施,进行季节冻土区重载铁路路基C组与D组填料填筑加固与冻害防控,确保路基正常运行且避免或减轻冻害,成为亟待解决的一个重要路基工程问题。鉴于此,本文依托巴准重载铁路建设工程,分别针对纤维-固化剂联合改良填料、天然填料(目的在于比较显示改良填料的良好性能),采用物理模型试验、冻融循环下静三轴试验、冻融循环下动三轴试验、8-字形试件拉伸试验,考虑不同影响因素与改良参数,系统研究这两种填料的静强度、抗拉强度、变形特性、动永久变形特性、填筑沉降特性与影响规律。论文工作与成果、认识,有助于评判纤维-固化剂联合改良措施用于重载铁路路基填筑的适用性与有效性,也为预防季节冻土区路基病害提供研究与试验依据。主要研究内容与成果如下:(1)配制填料且依据现场路基填筑工艺,填筑物模试验的路基模型,通过静载荷试验,研究不同填料模型的应力分布规律、沉降变形特性。结果表明:(1)改良填料模型与天然填料模型,路基中应力沿深度衰减速度前者较后者快;(2)静载越大,纤维对荷载扩散作用越强(利于轴重作用力在路基中消散,避免或减轻路基病害);(3)较高静载下,改良填料模型的沉降表现为沉降速率因荷载增大而降低;(4)纤维-固化剂联合改良措施具备控制与减小路基沉降、使路基面保持最小沉降的潜力。(2)基于静三轴压缩试验,研究不同冻融循环下改良填料与天然填料的强度特性、应力-应变特性、改良效应变化规律。据此,选择初始弹性模量、极限主应力差作为模型参数,验证天然填料应变硬化破坏特征对双曲线模型的适用性;选择初始弹性模量、残余强度作为模型参数,验证Prevost应变软化模型对改良填料的适用性;通过分析各影响因素与改良参数对填料静力模型参数的影响,建立填料的静强度模型关于多因素共同作用的经验公式。此外,研究表明,两种填料的破坏强度、初始剪切模量、残余强度均随冻融次数增加呈指数形式衰减,但是纤维-固化剂联合改良填料的强度、抗冻性显著优于天然填料。(3)由于路堤边坡表层或浅层存在张应力作用、路基竖向沉降机制下侧向变形也存在张应力作用、路基冻胀变形本质更是张应力作用,因而有必要研究张应力作用下填料性能。鉴于此,利用改进的8-字形模具,考虑冻融循环影响,分别针对改良填料、天然填料进行直接拉伸试验,进而围绕不同影响因素与改良参数变化,研究改良填料与天然填料的拉伸曲线特征、抗拉强度演变。结果表明:(1)纤维-固化剂联合改良措施,使填料破坏模式由脆性破坏转为柔性破坏,并且显著增强填料的峰值抗拉强度、残余抗拉强度与填筑层的抗拉刚度;(2)改良填料的峰值抗拉强度,随纤维掺量与含水率改变而呈单峰形式变化,随干密度、纤维长度、固化剂掺入比增大而呈非线性增长趋势;(3)拉拔中纤维渐进性破坏特征,可以刻画为纤维与土界面剪应力-应变三参数模型;(4)纤维-固化剂联合改良措施,使不同冻融次数下填料的抗拉强度增大约1.9倍,并且显著提升填料在拉伸特性方面的抗冻性能。(4)为了考察纤维-固化剂联合改良填料与天然填料的动力稳定性能且比较前者的优势,针对等幅循环荷载长期往复作用(轨道交通荷载特点)且考虑冻融循环影响,进行填料动三轴试验,着重研究填料的动强度、临界动应力、累积塑性应变-振动次数之间关系随不同影响因素变化的演变规律。基于试验结果,采用数值拟合方法提取不同影响因素下的临界动应力,据此建立两种填料关于多因素变化的临界动应力模型,进而通过分析动强度关于静强度的归一化特性,提出归一化动强度力学模型。此外,结果表明,尽管冻融循环3次、9次,改良措施也使填料达到破坏所需的动应力强度分别提升约1.9倍、2.4倍,有效提高了填料在动力稳定性方面的抗冻性能。