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本文以矿区运煤道路现状为背景,结合矿区煤矸石资源丰富的条件,提出采用石灰、粉煤灰、水泥等结合料对煤矸石进行改性,使其代替道路常规使用的基层、底基层,并使其能够满足矿区道路超重载的行车条件。本文通过将理论计算、改性煤矸石实验室试验以及数值模拟相结合的方法,得到了改性煤矸石处理路基时路基当量回弹模量的变化规律、弯沉值在不同改性煤矸石底基层厚度及模量条件下的变化规律,并对煤矸石进行了改性试验,得到不同风化程度下其物理力学参数的变化规律,基于试验结果建立有限元模型,在弯沉及应力等效条件下对矿区重载道路进行组合设计,获得了以下主要成果:(1)路基当量回弹模量随改性煤矸石处理层厚度及模量的增大而增大,但随着其模量的增加,路基当量回弹模量增加的趋势逐渐变缓。得到路基当量回弹模量增加到120MPa、150MPa、180MPa及200MPa时,所需改性煤矸石处理层厚度及模量的组合。在路基当量回弹模量及底基层一定时,弯沉值随轮压的增加而增加,在路基当量回弹模量及轮压一定时,弯沉值随改性煤矸石底基层厚度的增大而减小,同时随改性煤矸石底基层模量的增大而减小。得到基于弯沉等效条件下,路基当量回弹模量取120MPa、150MPa、180MPa及200MPa时,不同轮压条件下所需改性煤矸石底基层的厚度与模量的组合设计依据;(2)通过实验室试验,得到改性煤矸石7d无侧限抗压强度,均满足重载道路结构层底基层填筑材料的要求。由试验结果可知,水泥稳定煤矸石强度早期发展较快,增长趋势随时间逐渐变缓,而石灰粉煤灰稳定煤矸石强度早期强度发展较慢,后期强度增长较快;得出采用不同风化程度下的改性煤矸石处理路基时,路基当量回弹模量与处理层厚度及模量的关系,同时利用劈裂试验得到其粘聚力和内摩擦角,为有限元分析提供必要的物理参数;(3)利用ANSYS有限元软件,在弯沉等效的条件下,在采用改性煤矸石处理路基基础上,改性煤矸石做底基层时优化道路结构层与原道路结构层各层的弯拉应力进行了分析。通过分析可知,优化道路结构层各层弯拉应力均小于原道路结构层各层弯拉应力,并得到将路基当量回弹模量提高后,在弯沉及应力等效条件下,改性煤矸石底基层厚度及模量组合不同时道路结构所能承受的最大荷载;(4)通过有限元分析,提出了在不同轮压条件下矿区重载道路的设计依据。