路基填料力学性能的好坏会直接影响到路基的强度、变形及稳定性,粗粒土由于其优良的工程特性,在铁路路基填筑中得到了广泛的应用。随着高速铁路在寒冷或严寒地区的建设,冻结与未冻结状态下高铁路基粗颗粒填料在承受静、动荷载作用时的强度特性及变形特征等研究理应被重视。本文以国家自然科学基金"严寒地区高速铁路级配碎石水热稳定性与变形控制研究"(No.51378057)和"多年冻土区碎石路基的变形机理与长期稳定性研究"(No.41371081)为依托,对某寒区高铁路基基床底层的粗颗粒填料进行了基本物理性质试验、大型直剪试验以及动荷载直剪试验,全面测试了粗颗粒填料的基本物理性质指标以及在冻结和未冻结状态下的静动力学性能;并分析了含水率、温度、垂直压力、压实度等因素对粗颗粒填料强度特性及变形特征的影响规律,以期为寒区高铁路基设计建设和安全评估提供科学依据。主要研究内容和结论如下:(1)赴现场获取寒区高铁路基基床底层填料,根据相关规范可知,该填料可归为粗粒土中级配良好的砂砾,为A组填料;并通过重型击实试验测得其最优含水率和最大干密度。(2)利用北京交通大学冻土实验室自行研发设计的全自动土工粗颗粒土直剪试验系统和冻土动荷载直剪仪,分别对冻结和未冻结的粗颗粒填料进行了不同含水率、温度、垂直压力、压实度等条件下的大型直剪试验和动直剪试验。(3)研究了粗颗粒填料在静力作用下的应力应变特征及强度特性,发现冻结和未冻结状态下其剪切力-剪切位移曲线在低垂压时均呈应变软化型,而随着垂压增大,会往应变硬化型发展;并对冻结和未冻结状态下粗颗粒填料的强度特性进行了比较,发现其抗剪强度均随着垂直压力的增加而增大;粗颗粒填料在冻结状态下抗剪强度随着含水率的增加显著提高,但在未冻结状态下抗剪强度随着含水率的增加而减小。此外,在试验含水率范围内,冻结状态下粗颗粒填料的C值大于未冻结状态下的C值,但内摩擦角小于未冻结状态下的内摩擦角。(4)研究了粗颗粒填料在循环荷载作用下的强度特性及变形特征,发现了粗颗粒填料在冻结和未冻结状态下的破坏形态存在明显差异:并对冻结和未冻结状态下粗颗粒填料的强度特性进行了比较,发现其动强度均随着垂直压力或压实度的增加而增大,随着振动次数的增加而减小,且冻结状态下的动强度远高于未冻结状态下的动强度。此外,粗颗粒填料的累积变形量会随着动荷载幅值或振动次数的增加而增大,但随垂直压力增大而减小。