随着我国交通运输业的迅速发展,我国道路建设工程量日渐增长,超过半数的道路建设在我国寒冷地区,巨大的工程量意味着需要大量的土石方原材料,为满足对路基填料数量及稳定性的要求,需要新材料加入道路路基中。我国油页岩的储量丰富,其用于工业产生的废料数量庞大且难以处理,本着可持续发展原则,将其作为路基填土原材料与道路工程结合起来,并应用于我国季节性冻土地区,在保护环境的同时也可保持路基在低温环境下的稳定性。本文将油页岩废渣和粉煤灰两种废料掺入粉质黏土获得新型路基改良土,分析了季冻区路基病害产生的原因及保护方法,对不同配合比改良土的热学参数及其作为路基填料时的抗冻性能进行一系列试验研究,结合冻土路基水热耦合作用对改良土的实际应用进行数值模拟。具体试验内容如下:(1)在满足路基强度的前提下,选取五种配合比油页岩废渣-粉煤灰改良土,通过试验获得改良土导热系数、比热容的具体数值,以及在冻结和多次冻融循环等条件下热学参数的变化情况,分别选取抗冻性能最好和力学性能最好的改良土,对比粉质黏土做进一步的保温性能的研究。(2)在理论分析冻土路基水热耦合的基础上,研究道路病害产生的原因,结合物质连续性方程、能量守恒方程、本构方程和边界条件构建季节性冻土路基水热耦合数学模型,用以分析路基内部的液态水迁移、冰水相变和热量分布的变化情况,结合导热系数和比热容等热学基础参数,探究了不同配合比改良土抗冻性能的差异。(3)针对季节性冻土区路基所在的环境,模拟季节性冻土区路基顶底温度条件,使用课题组设计的路基土柱水-热-力耦合试验系统,对力学性能最佳组改良土和抗冻性能最佳组改良土进行室内冻结试验,设置粉质黏土对照组,采集土体内部各处温度、水分、应力和应变的数据,通过试验结果论证改良土抗冻性。其中抗冻性能最佳组改良土延缓了路基进入负温的时间,内部各部分土体温度更高,冻结深度减小,水分迁移和应力集中的情况更少。(4)结合季节性冻土区水热耦合数学模型和COMSOL Multiphysics软件,建立季节性冻土区水热耦合模型,结合室内土柱冻结试验验证模型计算结果的准确性。对粉质黏土、抗冻性能最好和力学性能最好的改良土作为路基材料进行数值模拟,预测长期的温度分布、水分迁移和冰水相变等情况,分析油页岩废渣-粉煤灰改良土作为路基材料的有益效果。