本文以淮南某矿区煤矸石路堤加高加宽工程及当地工程条件为研究背景，以该矿区煤矸石材料为研究对象，通过采用煤矸石室外现场筛分试验、室内物理力学试验和FLAC3D数值模拟相结合的研究方法，系统地研究了煤矸石材料在风化作用下随时间衰变过程中颗粒粒径变化、级配重组及其相对应衰变后的物理力学特性的变化规律，阐述了煤矸石材料衰变对路堤及加高后的稳定性影响，针对淮南某矿区煤矸石路堤进行设计优化和施工控制。主要研究内容结论如下：煤矸石在风化作用影响下随时间衰变的过程中颗粒粒径级配发生了改变，表现为颗粒粒径由大变小，粗料含量减小，细料含量增大，从而引起煤矸石物理力学特性的变化，这一过程主要发生在煤矸石填料衰变时间1年之内，在随后煤矸石衰变过程中煤矸石材料粗细料含量比及物理力学特性趋于稳定。采用FLAC3D数值模拟研究煤矸石材料随时间衰变过程中对路堤稳定影响表明：在最佳含水量条件下，煤矸石路堤稳定性随煤矸石材料衰变时间过程中先增大而后减小，在煤矸石衰变2个月内安全系数较快增长，煤矸石衰变第3年时达到最大值，在随后煤矸石衰变过程中安全系数下降幅度微小并趋于稳定。在煤矸石饱水条件下，煤矸石路堤随着煤矸石衰变时间安全系数逐渐降低，相比最佳含水量条件下降低幅值较大。在煤矸石衰变中过程黏聚力和内摩擦角的改变对煤矸石路堤的安全系数影响较大，而回弹模量的变化对路堤安全系数影响可忽略不计。煤矸石路堤在加高的过程中，路堤安全系数逐渐下降。在浸水或降雨的影响下，煤矸石路堤的安全稳定性急剧下降，降雨对于路堤安全稳定性的影响要大于路堤浸水，尤其是两者同时作用时，煤矸石路堤的安全系数已经不满足规范所要求的最小值1.30。针对淮南某一实际煤矸石路堤进行设计优化，当煤矸石路堤在加高加宽过程中土地占用和经济成本受到限制时，采用掺入粘土或者设置土工格栅路堤结构可满足工程实际需要，并提出施工建议。