随着我国公路建设速度的不断加快,当前公路建设的重心已经由我国的中部和东部地区转向西部和南部地区。而在西部和南部山区修筑公路的过程中,缺乏合适的路基填料成为了工程中棘手的问题。在山区工程项目中如仅用传统的路基土作为路基填料,其材料难以获得,需要从其他地区运输土方,而土方运输成本的增加又会增加工程的总造价。将山区公路修建过程中开山形成的天然碎石,掺配到路基土中形成土-石混合料用作为路基填料,既能有效的提高路基的承载能力,又能解决因路基填筑带来的土方消耗问题。同时,也降低了工程项目的造价,实现绿色经济发展。基于上述考虑,本文依托国家自然科学基金项目“行车荷载与湿度变化作用下路基结构动回弹模量计算方法及演变机理”（项目编号:51908562）,并以广州—佛山高速公路建设工程为研究背景,选取了该工程的不良路基土（花岗岩残积土）和商用碎石形成的土石混合料作为研究对象,开展了对路基土石混合料的动态回弹模量的试验研究和数值模拟。通过研究,探明了其材料组成和物理状态对动态回弹模量这一重要力学指标的影响规律。在此基础上,根据试验研究结果提出了适用于土石混合料的回弹模量预估模型,为土石混合材料组成的路基填料的动回弹模量的预估提供了理论依据。同时,采用离散元方法对土石混合料进行了建模与分析,探明了在动荷载作用下,土石混合料内部细观结构的变化规律。研究结果为土石混合料的动回弹模量演变规律、动回弹模量值的预估和动荷载作用下土石混合料细观行为演变规律等分析提供了试验和理论依据,其不但具有重要的理论意义,也具有广阔的工程应用前景。本文所开展的主要研究工作及取得的主要研究结论如下。1、开展的主要研究工作1)对不同含石量条件下的土石混合料进行了一系列的基本物理试验,包括击实试验和界限含水率试验等。通过试验研究,探讨了其最大干密度和最佳含水率与含石量之间的关系。2)对现有动三轴加载序列进行对比,选取符合土石混合料主要应用地区路基工作状况的加载序列,并制备了不同工况（含石量和压实度）的试样进行土石混合料动三轴试验,以探究动态回弹模量与物理状态和应力状态之间的变化规律。3)通过对已有的动回弹模量预估模型的分析,根据土石混合料的动三轴试验结果,并基于NCHRP1-28A的三参数模型,提出了综合考虑物理组成、压实程度和应力状态的土石混合料动态回弹模量预估模型。4)采用离散元分析软件对土石混合料三轴试验进行重构,并对重复荷载作用下的动三轴试验进行了数值模拟。研究了动荷载作用下土石混合料的细观力学行为变化规律、配位数演变规律及各向异性演变规律。2、取得的主要研究进展和相关结论1)基本物理性质试验结果表明,试样的含石量越高,其对应的击实曲线越高,说明其最大干密度越大,最佳含水率越低。反之,亦然。同时发现,土石混合料的击实曲线与细粒土的击实曲线相类似,这说明,土石混合料的击实过程并不具有粗粒土的击实特征。2)在各种含石量条件下,土石混合料的回弹模量均随八面体剪应力的增大而减小。这种规律表明,土石混合料在循环荷载作用下具有显著的应力依赖性（亦即,回弹模量与偏应力水平有关）。同样地,在相同八面体剪应力的条件下,素土试样和土石混合料试样的回弹模量值均随体应力增大而增大。在其它条件相同的情况下,体应力越大,回弹模量值越高。这表明,土石混合料的回弹模量对体应力也具有明显的依赖性。同样地,在各种不同的压实度条件下,土石混合料的回弹模量值,均随含石量的增加而近似呈线性增长。同时,其增长速率也表现出一定的非线性增长趋势。这表明,随着含石量的增加,碎石在土中逐渐形成了骨架结构并成为了承担外部荷载的主体。碎石的刚度远大于土颗粒的刚度,其颗粒间作用力逐渐增大会导致试样内部的细观结构产生变化,这种变化会有助于提高试样的整体刚度。因此,对于以土石混合料为填料填筑的路基,必需通过充分压实以提高其压实度,有助于提高其回弹模量,减小路基在服役期间的变形。3)通过对比分析现有常见预估模型的不同特点,将含石量和压实度以合理的形式嵌入经典的NCHRP1-28A三参数模型中,建立了能综合考虑材料的物理组成、物理状态和应力状态的动态回弹模量预估模型。同时,将新模型与传统的NCHRP1-28A三参数模型进行了模拟分析对比。结果表明,相对于NCHRP1-28A模型（R2=0.85）,所提出的新模型的预估精度更高（R2=0.97）。这说明,该模型对土石混合料这种特殊岩土材料的动回弹模量的预估效果更加精确。同时,通过对该模型的预估结果与两种不同碎石料的试验结果的对比分析,验证了模型的预估结果与试验结果均能较好地吻合。这表明,这种同时考虑了应力状态和物理状态参数的新模型,更适合用于对混合物岩土材料动回弹模量的预估。4)采用离散元分析软件对土石混合料进行了仿真动三轴试验后发现,在不同含石量条件下,土石混合料的细观结构差异十分明显。随着含石量的增加,其接触力分布将从“土-土”接触转变为“土-石”接触,并随着含石量的进一步增加,最终将达到“石-石”接触。此时,碎石骨架在试样的力学响应中发挥着承担和抵抗外部荷载的主导作用。同时,随着含石量的增加,土石混合料配位数减小的速率越来越快。这说明试样中土颗粒的接触状态随含石量的不同发生显著改变,碎石骨架的形成导致土的悬浮颗粒增多。进一步探究发现,在荷载作用的一个循环周期中,从初始状态到中间状态,试样的主方向角（θc）是单调减小的;而从峰值状态到结束状态,主方向角是单调增加的。同时,在加载过程中,试样的各向异性系数一直处于较低值,变化相对较小。不难得出,在低应力状态下,试样内部的各向异性主要取决于碎石的各向异性,这主要与颗粒的形状和分布有关。但在本文模拟的离散元三轴试验中,因应力水平较低,应力所诱发的各向异性的变化较小。综上所述,本文通过对土石混合料的基本物理性质试验和室内动三轴试验,探明了应力状态和物理状态对路基土石混合料动回弹模量的影响规律,揭示了动荷载作用下土石混合料细观结构演变机理,建立了能综合考虑材料组成、物理状态和应力状态的土石混合料动回弹模量预估模型。研究成果为土石混合料动回弹模量的预估提供了可靠的理论依据,也为在同类工程中的推广及应用提供了可资借鉴的参考依据。