针对膨胀土工程病害处置及煤矸石固体废弃物资源化利用的社会需求。本文拟采用煤矸石粉、粉煤灰和石灰复合改良膨胀土的胀缩变形和强度特性,通过正交试验设计,进行室内常规试验和SEM试验,对测试的各项指标进行敏感性分析,研究多掺合料对膨胀土改良的影响效果和作用机理,并得到改良膨胀土的最优掺配比方案。为有效改良膨胀土路基、资源化利用煤矸石提供科学依据和有效改良方法。主要内容如下:首先,分析膨胀土、各掺料的基本物理化学性质和改良膨胀土机理。利用正交设计理论,制定试验设计方案。对素膨胀土和掺灰土进行击实试验,得到不同掺配比下膨胀土的最佳含水率和最大干密度变化关系,得到掺灰后膨胀土的最佳含水率和最大干密度均呈下降趋势。其次,通过正交试验设计,选取煤矸石粉掺量、粉煤灰掺量和石灰掺量为三个影响因素,进行各项物理力学性能试验,得到三因素共同作用下膨胀土的液塑限、自由膨胀率、抗剪强度和无侧限抗压强度性能指标均得到明显改善,结果表明:对塑性指数的影响从大到小依次为石灰掺量、粉煤灰掺量和煤矸石粉掺量;对自由膨胀率、抗剪强度和无侧限抗压强度的影响为石灰掺量最大、煤矸石次之;通过综合平衡法分析得到改良膨胀土的因素大小为:石灰掺量>煤矸石粉掺量>粉煤灰掺量,最优配合比方案为A₂B₃C₃,即煤矸石粉8%、粉煤灰11%和石灰6%。通过自由膨胀率试验及力学性能试验对最佳掺配比方案进行了试验验证,测定其各项试验指标,将实测值与各掺配比方案结果、单掺改良膨胀土进行比较,验证了最佳掺配比方案的准确性和可靠性。最后,根据扫描电镜试验,揭示了改良膨胀土的微观结构,掺灰膨胀土颗粒孔隙大部分被球状颗粒和白色Ca（OH）₂、Ca CO₃晶粒填充,降低了孔隙发育程度,膨胀土从扁平状聚集体和粒状颗粒微观结构变成颗粒以团聚体为主,土体结构更加密实,增强了土体稳定性,降低了胀缩变形。综合分析了煤矸石粉、粉煤灰和石灰共同改良膨胀土机理,其主要是通过离子交换作用、团粒化作用、碳酸化作用及胶凝作用等并生成新的物质碳酸钙、硅酸钙、铝酸钙等,进而改变土体内部结构,降低膨胀土胀缩特性,增强强度。