路基填料层承受着数千万次长年累月的交通荷载作用,其强度、刚度和长期稳定性等将直接影响到道路的服役性能和服役年限。在高速化、重载化和大流量交通循环荷载作用下,路基粗粒填料层颗粒间易发生滑动、挤压、翻转等而引发颗粒重新排列和运动,导致路基结构层服役性能逐渐劣化,道路出现过大沉降、不均匀沉降以及路面开裂、车辙等病害。路基层填料常年处于非饱和状态,其含水率易受到环境影响,进而影响到路基填料层长期变形特性。此外,路基填料易受到下卧软土层粘粒的侵入而形成受污染路基层,这不仅改变了路基填料的持水特性,也加剧了含水率对路基长期服役性能的影响。因此,为防止道路病害,提高路基层的服役性能与年限,迫切需要针对路基粗粒填料在交通荷载下的长期动力特性开展试验与理论研究,正确认识交通荷载作用下路基层刚度变化与累积变形发展规律,准确评估道路长期服役性能。本研究选用江浙沿海一带常用的凝灰岩碎石料作为试验材料,在饱和与非饱和条件下开展了大型三轴静力剪切试验以及大型三轴循环加载试验,揭示了不同含水率下路基填料的静动力学特性,并基于试验结果提出了非饱和粗粒土累积应变的弹塑性显式计算模型。本文开展的主要工作以及研究成果如下:1、针对路基粗粒填料开展了大型三轴静力剪切试验,研究了材料级配、基质吸力、粘粒含量对粗粒材料应力-应变特性、摩擦角、模量等的影响。试验结果表明粗粒材料在低围压条件下应力-应变关系表现为软化型,并呈现出较强的剪胀性。均匀骨架-孔隙结构材料的峰值强度大于悬浮骨架结构材料和骨架结构材料。基质吸力会提高材料的峰值强度和摩擦角;随着粘粒含量的增加(FC=3%至FC=9%),饱和粗粒土试样峰值强度降低了 6%,非饱和粗粒土试样(s=30kPa,60kPa,90kPa)的峰值强度并无明显变化。提出了考虑路基粗粒填料在低围压下强剪胀性的剪胀率方程,并基于BBM非饱和本构模型建立了能反映路基粗粒填料在低围压下强剪胀性的p-q-s空间非饱和土体本构模型。2、针对路基粗粒填料开展复杂静动应力路径下的大型三轴循环加载试验,研究了常围压应力路径下,循环偏应力、初始围压、初始静偏应力对饱和与最优含水率粗粒土试样长期动力特性的影响;并对三个工况下(相同最大应力、相同平均应力、相同初始应力)常围压与变围压应力路径试验结果差异性进行了对比分析。研究结果表明两种含水率粗粒土试样的轴向累积变形和回弹模量均随循环应力比、初始围压以及初始静偏应力比的增大而增大。最优含水率试样的塑性安定界限和塑性蠕变界限均小于饱和试样。在相同最大应力状态和相同平均应力状态条件下,常围压路径低估了材料的累积变形而高估了材料的回弹模量,且在相同最大应力状态下两种路径的变形特性差异与回弹特性差异较相同平均状态而言更为明显;而在相同初始应力状态下,常围压路径则高估了材料的累积变形而低估了材料的回弹模量。3、在饱和排水条件下开展了大型三轴循环加载试验,研究了细观结构(材料级配、粘粒含量)对路基粗粒土填料轴向累积变形、体应变以及累积应变方向的影响。试验结果表明均匀骨架-孔隙结构材料的累积变形小于悬浮骨架结构材料和骨架结构材料,累积变形随着均匀系数Cu的增大而减小。随着粗粒土中粘粒含量的增加,粘粒含量对粗粒填料长期变形特性的影响从润滑效应、填充效应,过渡至堵塞效应,粘粒含量在不同作用效应之间的临界值与动应力幅值和加载频率有关。4、基于轴平移技术对大型三轴循环试验系统进行了非饱和模块升级,开展了控制基质吸力模式下的非饱和大型三轴循环加载试验,研究了基质吸力、吸力历史以及粘粒含量对非饱和污染路基填料粗粒土长期动力特性的影响。试验结果表明在相同初始基质吸力条件下,试样的轴向累积变形随历史最大基质吸力的增加而减少,基质吸力历史对非饱和污染粗粒填料变形特性的影响主要体现在动力压缩阶段,而对变形稳定阶段的影响可忽略不计。当粘粒含量从3%增加到6%时,由于粘粒的填充效应,污染粗粒料的轴向累积变形有一定程度的降低;而粘粒含量从6%增加到9%时,轴向累积变形又随着粘粒含量的增加而增大。粘粒含量对饱和污染粗粒土长期动力特性与循环特性的影响大于非饱和污染粗粒土,粘粒含量的增加提高了基质吸力对材料变形特性和回弹特性的影响程度。5、基于非饱和大型三轴循环试验结果,提出了能预测实际非饱和路基粗粒填料层累积应变的弹塑性显式计算模型。依据塑性增量理论以及显式计算原理,选用BBM非饱和土本构模型计算单个代表性荷载周期下材料的塑性变形发展,借助边界面思想考虑循环荷载下材料的塑性变形增量,在非饱和土本构理论框架内实现了路基粗粒填料层累积应变的大步长显式计算。该模型的计算结果与试验结果相对吻合,表明该模型能较为准确地预测非饱和土体在循环荷载作用下的长期变形行为。