季节性冻土地区高速铁路路基普遍存在冻害现象,为确保行车安全性与舒适性,冻胀问题亟需解决。土体冻胀变形问题是多物理场耦合问题,充分分析路基水分场、温度场和变形场的变化过程及其耦合作用机理,对于改进并完善季节性冻土区高速铁路路基的设计、施工和运营维护具有巨大的现实意义。本文采用现场监测、理论分析与数值模拟相结合的方法对哈大高速铁路路基典型断面进行了水热力耦合效应分析。主要研究内容为:(1)以土水特征曲线、固液比、线膨胀系数为联系方程,基于经典水动力学模型和热弹性力学基本理论推导了适用于非饱和土的水、热、力三场耦合数学模型;在此基础上利用阶跃函数统一表达了冻土与未冻土的水热特征参数。(2)基于多物理场分析软件COMSOL的二次开发,对经典冻结试验进行了反演,并将模拟结果和室内测试数据进行了对比分析。研究发现:模拟结果与试验结果比较吻合,初步验证了数学模型的正确性;在冻结过程中,水分会由正温区向负温区发生迁移,水分场稳定时刻滞后于温度场;水分场重分布后,最大质量含水量变化值为4.5%,约占原有含水量的24%,水的迁移作用不容忽视。(3)以哈大高速铁路路基典型断面为例,考虑阴阳坡效应,对季节性冻土区高速铁路路基的水分场、温度场及变形场进行了耦合效应研究,并将数值模拟结果与现场监测数据进行了对比分析。结果表明,对于哈大高速铁路路基DK833+330断面:温度场模拟结果和现场监测数据比较吻合,所建模型较为合理,可为路基的设计、施工及后期维护提供参考;受阴阳坡边界影响,路基温度场在横向呈非对称分布,右路肩最大冻深最大(1.8 m),左路肩次之(1.6 m),线路中心位置处最小(1.2 m);线路中心水分变化主要发生在2.5 m深度内,最大质量含水量变化值为2%,比原有含水量增大约20%;路基存在不均匀变形(最大14 mm),右路肩最大冻胀变形为18 mm,左路肩次之(16 mm),线路中心位置处最小(12 mm)。