随着我国高等级公路建设快速发展和路网不断完善,作为实际公路的主要形式,沥青路面现阶段养护工作已十分繁重,其工程耐久性面临挑战,特别是疲劳耐久性研究已成为重要课题。而纤维作为提高路面材料疲劳耐久性的重要添加剂也已得到广泛应用,但其中的内在作用机制和理论研究有待进一步开展。本文通过多尺度细观结构建模、有限元模拟及室内试验验证相结合的手段,开展了纤维改善沥青混凝土粘弹力学特性及其抗疲劳损伤机制的研究。首先,在沥青砂浆层面,提出了一个纤维三维随机分布算法,利用MATLAB编程实现了纤维数值模型的生成,并在ABAQUS有限元中建立了纤维与砂浆基体两相复合有限元模型,实施了纤维砂浆梁试件弯拉流变模拟。通过分析纤维不同取向、含量、长径比及类型等因素的影响,结果表明纤维能有效吸收砂浆基体应力,使其起到加筋效果而降低砂浆流变,含量提高、长径比增大以及沿砂浆试件水平方向分布增多加筋效果也越明显,且玄武岩纤维要好于软钢丝纤维,如0.3%含量的这两种纤维试件3600s时流变较控制试件降低近61.7%和44.0%。进一步通过敏感性分析,建立了纤维特征(纤维含量、长径比和模量)与砂浆Burgers粘弹参数的关系方程。其次,在混合料层面,利用图像切片扫描及其处理技术获取了粗集料和砂浆两相复合二维细观结构,在ABAQUS中实现了细观试件蠕变模拟。结果表明,较均质试件内部应力场的均匀梯度变化,细观试件有明显应力集中现象,且相比普通细观试件,加纤维后砂浆组分模量提高,使混合料整体模量增大,进而抗蠕变能力增强,如0.3%含量玄武岩纤维和软钢丝纤维试样1800s时变形降幅达36.1%和19.3%。进一步数值分析集料模量、纤维特征等因素的影响,表明纤维和粗集料模量对混合料粘弹参数影响可忽略,而其他纤维特征下砂浆与混合料之间的粘弹变形呈正相关,并得到了两者对应粘弹参数间的定量关系,进而建立了纤维特征(纤维含量和长径比)与混合料粘弹参数的敏感性关系方程。最后,对加0.3%含量纤维与不加纤维混合料试件实施应力控制疲劳试验,结果表明纤维的添加能明显提高试件疲劳寿命,如4kN荷载水平下玄武岩纤维和软钢丝纤维试件寿命提高近63.4%和25.0%。基于纤维特征与混合料性能的关系方程所得参数,推导了循环荷载下变形演化方程,得到纤维试件变形值较控制试件更小,并与疲劳试验变形规律相同;耦合粘弹变形与损伤,建立了疲劳损伤演化模型,结果表明加纤维试件在同循环数下的损伤明显降低,如玄武岩纤维和软钢丝纤维试件加载6000次循环数损伤降幅达47.8%和26.2%,也使疲劳损伤演化过程延长,进而疲劳寿命提高,揭示了纤维通过降低混合料粘弹变形改善疲劳性能的内在机制。此外,通过分析所推导的变形演化结果,提出了一个表征纤维对疲劳寿命影响的特征斜率,得到了相应的修正疲劳方程;进一步由不同纤维特征下的疲劳损伤研究表明,在保证纤维均匀分散前提下提高纤维含量和长径比有利于疲劳损伤的降低,如2MPa应力水平下加载10000次循环数的0.3%、0.2%含量玄武岩纤维试件较0.1%含量纤维下损伤降幅近20.7%和13.7%,而长径比Ld为50、40、30较Ld为20的降幅约 8.3%、4.3%和 2.0%。本文从纤维复合材料多尺度细观结构入手,研究了纤维加筋沥青砂浆进而降低混合料宏观粘弹变形的内在机理,也揭示了加纤维对沥青混凝土抗疲劳损伤的作用机制,对沥青混凝土中合理利用纤维具有重要指导意义。