近年来,我国交通基建行业快速发展,政府加大了道路工程建养方面的投入,提升了道路建材的需求量。由于现有石料资源十分有限,若将现存的废弃材料加以利用,不仅发挥其实用价值,又能节约建设成本和保护环境。本文以淮北水洗煤矸石为研究对象,展开煤矸石应用于路面基层的研究。首先,通过查阅国内外有关煤矸石及其混合料的应用研究,验证了煤矸石应用于路面基层的可行性;通过现场选取具有代表性的淮北水洗煤矸石试样,开展原材料性能试验研究,结果表明:其属于炭质页岩洗选黑矸石,结构致密,级配良好,压碎值较大,天然含水率远大于碎石,吸水率与碎石相近,耐崩解能力高,属于非膨胀性土,硅铝含量较高,矿物和化学成分分别以石英、长石和SiO₂、Al₂O₃为主,火山灰活性成分较高,无含硫成分,残留煤、有机物较少,耐久性、体积稳定性较好。其次,结合前期研究总结了材料的组成设计思路,从微观角度解释了混合料的强度机理;拟定了8组混合料配合比,水泥剂量采用5.5%,开展水泥稳定碎石-煤矸石7d无侧限抗压强度试验研究,并选取了6#、7#和8#三组混合料进行力学性能试验研究,结果表明:碎石1号料用量在26%³0%的前提下,混合料7d无侧限抗压强度可达到5.0MPa以上,最大值可达到5.49MPa,且煤矸石用量达到了35%⁴7%,合理设计材料的掺配比例,不仅使混合料强度满足设计要求,而且可提高煤矸石的利用率;混合料的强度、回弹模量均随养生周期的增长而增长,前期增长速率较快,后期有所降低,其中8#级配混合料性能相对较优,其强度、回弹模量均满足规范中基层材料要求,可应用于路面结构基层。然后,将水泥稳定碎石-煤矸石视为由碎石、煤矸石、水泥砂浆和接触界面组成的复合材料,基于MATLAB软件优化了二维试件生成程序和内聚力单元嵌入程序,借助ABAQUS软件建立材料细观模型;采用抗压回弹模量和局部加载破坏试验验证了材料参数的合理性。最后,开展了抗压、弯拉和温缩试验数值模拟,从宏观开裂和系统能量两方面分析模拟结果,重点研究了与煤矸石特性相关的6种因素对混合料温缩抗裂性的影响,并进行显著性综合分析,研究表明:增加碎石1号料用量,有利于提升混合料抗压性能,在适宜的碎石用量下,煤矸石用量对混合料抗压性能影响较小,8#级配混合料的三种性能均优于其它组;影响显著性从主到次为:煤矸石-砂浆界面断裂参数>煤矸石含量>煤矸石最大粒径>煤矸石级配>煤矸石与砂浆模量比,结合室内试验和模拟分析结果对材料的组成设计及工程应用提供了若干指导性建议。