公路的修建往往绵延数百至数万公里,其对填筑材料的需求量巨大。为合理利用资源与节约成本,路基填料需就地取材。采石场掠夺性的开采会对周边的环境与生态造成较大影响。煤矸石作为煤矿建设和煤炭生产过程中所产生的废弃物,其排放量与存储量均较大,将其用于路基填料,可产生较大的经济、社会和环境效益。煤矸石用于路基填料已积累了较多的施工经验,然而对其在循环交通荷载作用下动力性能的研究依然远落后于工程实践。因此,本文以湖南湘潭地区的煤矸石为研究对象,对其在循环荷载作用下的动力特性及颗粒破碎进行深入研究。研究结论对于认识循环荷载作用下煤矸石路基的长期服役性能及指导煤矸石路基的设计与施工均具有重要的理论与实际意义。本文主要研究内容与结论如下:（1）研究了煤矸石材料的路用性能。获取了煤矸石的微观结构与矿物成分,煤矸石表面较为粗糙,层状与片状颗粒较多,各颗粒间通过胶结连接且连接处具有明显的接触缝隙,内部孔隙较多;煤矸石的主要矿物成分为石英和方解石。分析了现有各级配方程对于级配设计的适用性,采用分形模型级配方程设计了本文的试样级配,求解得到了良好级配的取值界限（当1.8867≤D≤2.6309时,级配均匀）。研究了煤矸石路基填料压实特性的级配效应,级配对煤矸石路基填料的压实特性存在较大影响,随着细颗粒含量的增加,其最大干密度先增大后减小,进而求得了煤矸石路基填料的最优级配区间（即2.04≤D≤2.55）。（2）静力性质研究是动力特性研究的基础,考虑到路基填料颗粒级配、路基填筑压实程度及路基填埋深度对其强度与变形的影响,开展了煤矸石路基填料大型三轴试验。结果表明,随着轴向应变的增加,偏应力与体变均逐渐增大,且增幅逐渐放缓;偏应力与应变关系曲线表现出应变硬化型;试样发生剪缩,没有表现出剪胀。随着分形维数的增大,偏应力先增大后减小,通过大型三轴试验与振动击实试验获取的煤矸石路基填料最佳级配区间基本一致,因此,考虑到大型三轴试验成本较高,可通过振动击实试验直接获取其最佳级配。压实度与围压越大,试样的偏应力越大。级配和压实度均对其黏聚力存在显著影响,而对其内摩擦角的影响甚微。（3）基于已有成果与路基实际环境选取了各动力参数用于大型动三轴试验,对循环荷载作用下煤矸石路基填料的动应力-动应变关系进行了深入研究。煤矸石试样的骨干曲线并非呈现出良好的双曲线变化规律,可采用修正后的Hardin–Drnevich模型描述试样的骨干曲线,研究了最大动弹模量与围压的关系,并建立了考虑围压效应的煤矸石路基填料骨干曲线计算模型。循环荷载作用下煤矸石路基填料的滞回圈不光滑,形状呈近似椭圆形;随着动应变与围压的增大,滞回圈的形态特征发生一系列变化,采用滞回圈形态特征指标（即滞回圈不闭合程度、滞回圈长轴倾斜程度、滞回圈面积大小及滞回圈饱满程度）对煤矸石路基填料滞回圈的形态特征进行了量化分析。研究了循环荷载作用下煤矸石路基填料累积变形的变化规律,累积变形曲线可分为快速增长阶段、减速增长阶段与基本稳定阶段;围压、颗粒级配、压实度与轴向动应力幅值均对试样累积变形存在显著影响;基于大型动三轴试验结果,提出了煤矸石路基填料累积变形预测模型,该模型能够普遍适用于不同类型累积变形曲线（稳定型/破坏型/临界型）结果的预测,结合已有成果验证了模型的正确性与适用性,分析了模型参数的物理意义。（4）研究了静力剪切与循环荷载下煤矸石路基填料颗粒破碎的演化规律。基于Logistic回归模型建立了颗粒破碎演化模型,验证了模型的正确性并对比分析了模型的优越性,分析了模型参数的数学意义与物理意义。推导了相对破碎率计算公式用于量化煤矸石颗粒破碎程度。制样时人工振捣对煤矸石路基填料颗粒破碎的影响不能忽视,而等压固结过程对试样颗粒破碎的影响较小。压实度、级配、围压均对煤矸石试样颗粒破碎存在显著影响,压实度与围压越大、分形维数越小,颗粒破碎程度越大。在级配设计中适当增加细颗粒含量将有助于减轻粗颗粒的破碎程度。（5）颗粒破碎引起棱角圆度变化对煤矸石路基填料的宏观与细观力学性质存在显著影响。基于大型动三轴试验前后煤矸石的颗粒形状,通过自行研发的二维图像采集平台获取了煤矸石颗粒的真实形状,采用颗粒形状指标量化分析了试验前后煤矸石颗粒的形状,并通过离散元软件采用真实颗粒形状模拟了颗粒破碎引起棱角圆度变化对煤矸石路基填料宏观与细观力学性质的影响。结果表明,循环荷载作用下煤矸石颗粒逐渐变圆,颗粒破碎引起棱角圆度变化对煤矸石路基填料的宏观与细观力学性质存在显著影响,随着棱角圆度的增大,试样的峰值强度轻微增加,而残余强度显著降低,峰值剪胀角增大;棱角圆度越小,平均配位数、滑动率与颗粒接触弯矩均越大。