一、研究科学意义和需求
青藏高原是世界上面积最大、海拔最高的高原，地理位置独特，自然环境恶劣，地质条件复杂，素有“世界屋脊”、“地球第三极”之称。青藏铁路格拉段将穿越约547km多年冻土地段，全线线路海拔高程大于4000m地段约960km，在唐古拉山越岭地段，线路最高海拔为5072m，为世界铁路海拔之最。“高原”和“冻土”问题是本线的两大难题，其特殊性和复杂性在世界上独一无二。
在青藏高原多年冻土地区建设铁路是从未实践过的新的技术领域，随着几十年来自然条件和气候的变化、科学技术的飞速发展、科研成果和工程实践经验的积累，我们对自然和冻土的认识也在不断的加深。七十年代以前我们认为高原冻土是发育的，而目前现状是随着全球气温升高，高原冻土呈退缩趋势；七十年代以前研究重点侧重于冻土腹部地带的高含冰量冻土，但青藏公路整治的情况表明，冻土区边缘地带及高温冻土地带各类工程病害多于低温冻土地带；过去确定一个路基临界高度来涵盖全线，现在看来必须按不同地温分区、土质及气候条件来考虑路基合理高度；现代科学技术水平的发展及新材料、新工艺的不断出现，为防治各类工程冻害提供了新的手段，有必要对其进行应用研究。所以青藏线格拉段的修建仍带有很强的探索性、科研性，为了尽快取得高原多年冻土区铁路设计、施工经验，先行试验段的建设具有不可替代的重要意义。“高原多年冻土区试验工程”也充分体现了我们在高原多年冻土区的设计思想，是设计原则的检验，其各阶段的观测结果将分别是指导、调整设计和施工的依据，实现青藏线格拉段铁路的动态设计和施工。
二、立项科学依据
青藏铁路修筑的两大关键问题：高原和冻土。青藏铁路成功的关键在于路基工程，而路基工程的关键在冻土，冻土作为一个极为重要的关键因素，必须进行深入的研究，以此来保证青藏铁路工程的顺利实施和正常高速运营。
青藏铁路路基稳定性要求。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰，水分产生迁移并具有相变变化特征，因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，并具有融化下沉性和冻胀性。这些特性造成了冻土区修筑工程构筑物时，面临的两大工程问题：冻胀和融沉。路基、桥涵、隧道等都会受到这两大工程问题的困扰。从路基角度来讲，影响路基稳定性的核心问题是多年冻土年平均地温分区。多年青藏公路实践经验表明，在多年冻土年平均地温高于-1.5℃， 多年冻土路基仅采用加高路基的方法是不能保证路基稳定的，必须采取综合治理的方法来解决该问题，而低于-1.5℃采用加高路基方法就可保证路基稳定。另一个极为重要的核心问题是青藏铁路地下冰空间分布问题。青藏公路的长期研究和实践经验表明，地下冰是影响冻土路基稳定的最为重要的影响之一，是产生冻融灾害或者不良冻土现象的根本问题。地下冰最为集中分布在多年冻土上限附近，修筑路堤后引起多年冻土上限变化，其结果就会造成地下冰融化，导致路基产生融化下沉破坏。对于桥涵、路堑、高边坡等工程建筑物，高含冰量冻土的影响的极为关键的问题。
多年冻土区工程一般采取保护冻土、控制融化速率和允许融化三种设计原则，青藏铁路试验工程基本考虑了上述三种设计原则，这些设计原则合理性必须通过工程实践来验证。在低温多年冻土区，采用保护冻土原则，必须通过路基稳定性变化验证路基合理高度的设计标准和依据。控制融化速率的工程结构措施更是须经工程实践的检验，才能推广使用。因此根据不同的地层、地温条件和冻土类型确定具有典型性的试验工程地段，针对设计、施工中急需解决的关键技术问题组织试验研究，对可能采用的新结构、新材料和新工艺进行验证性试验研究，检验其在青藏高原多年冻土区的适应性和可靠性。