为探究青藏铁路多年冻土区路基不均匀沉降变形趋势规律的工程问题，定量研究环境温度和行车振动耦合作用对路基沉降变形所产生的影响。基于青藏铁路沿线590个测点近10年的118个月现场检测数据进行计算分析，以环境温度、行车振动应力、时间为输入变量，路基沉降值为输出数据，建立路基沉降变形规律的多元线性回归模型。通过对回归模型的统计分析，推导出路基沉降变形预测值的分布形式。在既定失效阈值和随机失效阈值情况下，分别给出青藏铁路路基可靠性评价计算方法，并计算出青藏铁路未来50年行车安全可靠度预测值。研究结果表明：线性回归模型拟合优度显著，路基高度沉降幅值与外界气温、行车振动应力、时间均呈负相关，与实际工况相符。环境温度引发路基冻胀融沉现象，长期动力荷载以及时间作用下的累积变形产生路基沉陷，均对路基可靠性产生削弱作用。工程养护可着眼于适当的增强路基土的冻结能力，发生严重病害时实行列车减速减重。研究成果可为高原地带多年冻土区路基养护提供参考依据。