沥青混合料中集料含量占绝对优势，研究表明不同形态特征的集料对沥青混合料的宏观性能如耐久性、抗滑性、抗车辙能力等有显著的影响。在传统几何体系下，针对集料形态特征的研究主要集中在集料形状、集料棱角性和集料表面纹理三个方面，应用比较普遍的指标有扁平比、形状指数、球形度、算术平均偏差等。为了将集料形态特征研究结果应用在集料级配的设计当中，本文主要研究了集料的分形特征，以分形维数为载体，借助完全信息静态非合作博弈理论形成一种新的集料级配设计方法。本文通过计算表明，连续级配上、下限的双对数曲线拟合的相关系数较高，分形维数D可以较好地表示矿料颗粒的分布特征。对于连续级配，其颗粒分布是一重分形分布，即只需要一个分形维数D就可以描述矿料颗粒的分布。对于有明显转折的级配或者是有间断的级配，使原本一个具有分形特征的散料体系裂断成两个或多个更小的分形体系，因此，应该将集料的级配分形分成多个分形度域，即采用多个分形维数D共同描述矿料颗粒的分布特征，否则不能准确的描述集料的级配分形特征。本文在集料级配分形特征研究的基础上，将集料划分粗细，以其级配分形维数作为矩阵博弈中博弈双方的策略集，以策略组合下的混合料CBR值或VCA值作为博弈一方的支付函数值，建立集料级配的矩阵博弈设计模型，而矩阵博弈的纳什均衡点即为集料级配设计的结果。经过第一步设计选定级配后，固定该设计结果下粗、细集料的选择策略，以概率为新的策略，重新构造矩阵博弈，赋值并求解，博弈结果表示对集料形态特征的定量要求，通过这种方式集料形态特征的量化指标便可被引入到集料级配的设计当中。基于CBR实验和基于VCA实验的验证结果表明，本文所建立的集料级配设计矩阵博弈模型是正确、有效的。