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我国东北地区绝大部分属于季节性冻土区。东北地区虽然铁路网较为密集,但是人口众多,线路老化,有较大的修建高速铁路的需求。根据该地区高速铁路的运营情况,发现路基普遍存在约5mm-20 mm冻胀变形。为减小冻胀产生的病害,提高运营性能,本文考虑借鉴路基过渡段的做法,将水泥添加到基床表层的级配碎石中,并以此通过有限元程序建立了瞬态热传导模型,得到冻胀的结果,然后将上述结果作为冻胀-轨道-列车耦合模型的初始条件,计算得到列车和轨道的动态响应。最后根据冻胀变形结果,引入半刚性基层材料的疲劳计算公式,预测基床表层使用寿命。具体内容如下：(1)利用有限元软件ANSYS,结合其提供的usermat用户子程序,建立瞬态热传导模型,分析了不同工况在温度循环荷载作用下,路基的冻深、热影响范围和表面的冻胀变形。结果表明：路基冻深和热影响范围的大小随着水泥添加量的增多而减小：当基床表层的水泥添加量分别是0%、1%、3%、5%时,路基的冻胀变形分别为波长15.7m、8.6m、22.3m、26.2m,冻胀量分别为10.17mm、7.59mm、 6.08mm、4.99mm,根据工务部门对路基变形大小的规定,对于高铁一般要求路基表面变形不大于5mm,所以添加水泥量为5%较为合适；(2)基于冻胀-列车耦合模型,并考虑了三种不同车速200km/h、250km/h、 300km/h下基床表层、轨道和行车的动态响应指标。结果表明：在车速一定的情况下,随着水泥的添加量从0%增大到5%,各结构的动态响应均有一定的改善;水泥添加量一定时,当车速从200km/h增加到300km/h时,轨道、路基等动态响应增大,脱轨系数和轮重减载率也增大。表明车速的提高,可能不利于行车的安全；在冻胀不平顺作用下,列车的脱轨系数最大达到了0.374,在添加5%水泥后降低了34.8%,轮重减载率为0.325,降低了34.7%,表明添加5%的水泥后有利于行车安全：(3)根据基床表层冻胀变形,将其作为边界条件导入到建立的基床表层静力学模型中,得到基床表层产生的最大拉弯应力。结合半刚性基层寿命的疲劳次数公式和当量轴次换算公式。计算不同水泥添加量情况下,基床表层在列车荷载作用下的使用寿命,分析表明,添加水泥量在3%～5%时,基床表层的疲劳寿命增加量非常大,达到36%-48%。综合上述计算结果,建议在实际操作中,选取质量分数为5%的水泥添加到基床表层。