多孔沥青混合料因其具备良好的功能特性在工程中逐渐受到广泛应用。在实际使用中,多孔沥青混合料路面在荷载长时间作用下,沥青路面内部会产生不同程度的结构变化,混合料内部的结构变化会导致它的各项性能发生不同程度的改变。为探讨应力作用下混合料内部结构演化及结构演化对混合料各项性能的影响,本研究制备PAC-13和PAC-16两种级配多孔沥青混合料进行试验研究。通过对混合料施加不同程度的应力使混合料内部产生不同程度的应变,在此过程中利用切片扫描得到混合料细观结构图像。本研究主要通过数字图像处理和离散元建模从骨架传荷特性、位移演化和损伤演化三个方面研究应力诱发多孔沥青混合料细观结构演化,同时研究多孔沥青混合料细观结构演化对自身力学性能、渗水性能、降噪性能的影响。对试件施加不同程度应力使其产生不同程度应变,在此过程中根据应力应变曲线将混合料结构演化分为弹性阶段、局部破坏阶段和整体破坏阶段。本研究中,混合料内部细观结构演化主要分为颗粒位置演化和空隙演化。通过室内试验和离散元建模模拟可知,多孔沥青混合料中粗集料起着主要抵抗和传递外部荷载的作用。应力作用下试件内部抵抗荷载的能力不均匀,试件断面破坏最先发生在沥青砂浆和集料交界处以及空隙附近。统计不同应变下空隙数量、空隙面积及将空隙按照大小分组进行研究,并通过离散元建模对混合料损伤演化进行分析,试件断面细观结构演化过程可以被认为是空隙不断压缩和损伤不断发展的过程。随着应变不断增加,试件的各项性能均有不同程度的下降。相同应变下,PAC-13混合料的力学性能均好于PAC-16混合料,PAC-16混合料的渗水性能和降噪性能均好于PAC-13混合料。应力诱发细观结构演化过程中,对于力学指标而言,随着应变的不断施加,半圆劈裂强度下降速率较为稳定,半圆弯曲强度下降较为明显。对于渗水性能而言,渗水方向以竖直方向为主,细观结构演化对PAC-16的渗水性能影响较大。对于降噪性能而言,吸声系数峰值随应变的增大而从低频逐渐变为高频。应力诱发细观结构演化过程中应变、空隙数量和空隙面积等细观参数均对试件力学强度、渗水性能和降噪性能有显著影响。应力诱发细观结构演化过程中,力学性能与空隙数量关联性较大,渗水性能和降噪性能与空隙数量关联性较大。