我国季节性冻土地区道路病害十分严重,直接影响了道路使用寿命,降低了运营效率。季冻区道路病害是路基填土自身性能衰变及外部环境因素综合作用的结果。针对病害地段的不良路基填土,进行改良从而获得性能出色稳定性好的路基填土是有效的道路病害预防措施。油页岩废渣是油页岩矿物燃烧或干馏后的固体废物,随着油页岩资源的开发利用,大量的油页岩废渣随之产生。堆积如山的油页岩废渣不仅占用了宝贵的土地资源,其内部含有的可溶解固体、硫化物、元素化合物,还会对农田、水资源造成污染,严重威胁环境和人类身体健康。将油页岩废渣应用在道路路基中具有利用率高、加工成本低、适用性强等显著优点。本文依托国家自然科学基金项目“季节冻土区道路设置冷阻层治理路基冻害机理研究”和吉林省交通运输科技项目“油页岩废渣、粉煤灰在季冻区公路路基中应用关键技术研究”,选用吉林省汪清县所产的油页岩废渣和粉煤灰,对吉林地区常见的粉质黏土进行改良,旨在大量处理油页岩废渣、节约原状填土资源的同时,获得一种性能出色、适合季节性冻土区使用的油页岩废渣路基填土。本文开展的主要研究内容如下:(1)测定了油页岩废渣、粉煤灰和粉质黏土三种原材料的物理化学性能,本着最大程度应用油页岩废渣、并针对季冻区道路病害提出一种稳定的路基填土的原则,通过击实试验、液塑限试验和CBR承载比试验确定油页岩废渣路基填土的最佳配合比。在此基础上,从颗粒分析和化学组成的角度,分析了油页岩废渣路基填土在拌和过程中和多次冻融循环后的级配组成和化学组成稳定性。并根据试样土浸润液中阴阳离子和微量元素浓度测定结果,对油页岩废渣路基填土的环境影响做出评价。(2)基于《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)中规定的路基设计标准,开展油页岩废渣路基填土的路用性能研究。以CBR承载比和动回弹模量为研究对象,分析了压实度、试验环境(是否浸水)和应力条件对油页岩废渣路基土的动力特性的影响规律,以未改良粉质黏土为对比,评价了油页岩废渣改良填土的路用性能改良效果。为了对油页岩废渣路基填土实际工程应用提供便利和准确的设计指标,提出了基于应力条件和CBR承载比的动回弹模量预测模型。最后,根据规范要求,给出油页岩废渣路基的设计方案。(3)为评价油页岩废渣路基填土在动荷载下的强度与变形特征,开展油页岩废渣路基填土的动力特性研究。通过动三轴试验,获得了不同应力条件和破坏次数下的动强度,引入破坏动应力比,揭示油页岩废渣路基土的强度破坏特征。应用摩尔-库伦定理,求得改良路基土的动粘聚力和内摩擦角,并对其变化趋势进行了分析。通过动荷载稳定性验算,提取稳定圈数的应力应变数据,求解油页岩废渣路基填土的动模量,并基于Hardin-Drnevich本构模型,获得其最大动模量、剪切应力,构建油页岩废渣路基填土的动模量归一化模型和最大动模量预测模型。(4)开展油页岩废渣路基填土冻融循环下动力特性变化规律及细观机理研究。以动回弹模量和动强度为研究对象,分析冻融循环次数和应力条件对油页岩废渣路基填土动力特性的影响效果,掌握其动力性能损伤度。基于SEM扫描电子显微镜,从土样的细观结构出发,分析细观结构参数与宏观动力特性的联系,采用BP人工神经网络算法,构建动力特性与细观结构参数关系模型,实现冻融循环后改良土动力特性的定量化预测。(5)针对道路路基使用多年后的累积变形过大现象,开展油页岩废渣路基填土大次数循环荷载下的变形试验研究。进行了不同应力条件和冻融循环下的大次数循环三轴振动试验,应用安定性理论阐述了油页岩废渣路基填土的应力应变曲线的特征。提取油页岩废渣路基填土的竖向总应变和塑性累积应变,分析围压、竖应力、加载频率、冻融循环等因素对变形特征的影响规律,提出适用于油页岩废渣路基填土塑性累积应变的归一化和对数化预测模型,并揭示了大次数循环荷载下油页岩废渣路基填土的刚度和动回弹模量变化趋势,为改良填土实际道路使用中的长期变形评估提供帮助。