我国西部山区广泛分布着千枚岩地层，在高速公路等交通基础设施建设过程中产生大量千枚岩弃渣，为了满足绿色、环保、可持续的发展理念以及工程经济性，宜通过填挖平衡将其转化为路基填料。由于风化、爆破以及机械开采等原因致使千枚岩弃渣内部与表面出现较多孔隙与裂缝等缺陷，将这些弃渣作为路基填料时由于压实过程中的碾压、振动、夯实作用，会产生大量的颗粒破碎。颗粒破碎会导致原始颗粒材料的物理特性发生明显变化（如粒度分布、颗粒级配以及颗粒内部缺陷等），颗粒材料物理特性的变化会显著影响颗粒体系的宏观物理力学特性，如颗粒体系整体的强度、变形以及渗透等特性会发生明显变化。现有的研究成果主要针对高应力状态下的堆石料、颗粒强度较低的钙质砂等，对于隧道、路堑开挖过程中产生的软岩弃渣等颗粒材料的破碎效应的研究相对较少。S44康县至略阳高速公路穿越隧道，沿线山体开挖弃料和隧道爆破弃渣主要为千枚岩，是一种具有层状构造的低级变质软岩，本文以康略高速修筑过程中产生的千枚岩弃渣为试验材料，研究千枚岩弃渣单颗粒及颗粒集合体的破碎演化规律以及颗粒集合体破碎过程中的宏细观物理力学行为，为千枚岩弃渣颗粒作为路基填料的变形计算与分析、填料改良等相关工程实践的研究与应用奠定基础，研究内容及成果如下：
（1）对千枚岩弃渣进行矿物成分分析试验与电镜试验，得到了千枚岩弃渣所含的主要矿物成分与结构形态，基于试验结论分析了千枚岩弃渣遇水后强度降低，易崩解的原因。从路用工程性能的角度出发，对千枚岩弃渣开展强度特性、自由膨胀特性以及浸水耐崩解特性试验研究，研究结果表明试验千枚岩的路用性能符合规范要求。
（2）通过400组千枚岩单颗粒破碎试验，总结了单颗粒破碎模式，分析了颗粒破碎模式与荷载-位移曲线间的关系，验证了颗粒强度服从Weibull分布，Weibull模量m与粒径呈负相关，揭示了单颗粒破碎强度离散性随粒径增加而显著增强的规律。同时，单颗粒破碎强度σ_f与特征强度σ₀均表现出明显的尺寸效应。
（3）通过连续级配与单粒组级配千枚岩弃渣的侧限压缩试验，得出其应力-应变曲线符合指示函数分布，具有三阶段演化特征。试验表明：连续级配试样抵抗变形与破碎的能力强于单粒组试样，综合抗变形与抗破碎性能表现，Talbot级数n=0.5的连续级配千枚岩弃渣更适合作为路基填料。
（4）基于碎片替换模型（FRM模型），采用八面体剪应力准则作为母颗粒破碎准则和14子颗粒Apollonian排列形式作为子颗粒替换模式，建立了考虑颗粒破碎的千枚岩弃渣连续级配试样三维颗粒流数值模型。基于上述模型，从宏细观力学层面分析了千枚岩弃渣侧限压缩试样在受荷过程中的颗粒破碎动态演化特征、接触力链变化、配位数分布变化、接触力概率分布变化以及细观组构等特征。

 

路基工程；千枚岩；颗粒破碎；侧限压缩；宏细观尺度；离散元