石灰土作为路基填料代替宕渣是一种较为经济的方案，但灰土初始强度低、硬化速率慢、碳化时间长，不利于快速施工，需要进行改良研究。利用偏高岭土与石灰发生火山灰反应的原理改良灰土，通过单轴压缩试验和三轴压缩试验，分析改良灰土冻融循环条件下力学参数变化规律，利用图像处理技术提取改良灰土图像表面孔隙，建立孔隙率与强度的关系，并通过研究龄期、石灰含量和含水率变化规律，分析偏高岭土改良灰土的机制。结果表明：偏高岭土能够有效提高灰土材料反应速率，改善灰土力学特性；偏高岭土在一定程度上能够恢复冻融循环导致的灰土力学性能损失，降低冰晶体产生的孔隙；灰土强度达到最优后，其强度随着石灰的增加而降低，而经偏高岭土改良后其强度将继续增加；火山灰反应比灰土碳化过程消耗更多的水分，有效提高了灰土的抗冻性能。