由于沥青路面长期暴露于复杂的水文气候环境中,在荷载的作用下难免会发生损害,其中最为常见的就是早期水损害问题,导致沥青混合料松散、剥落、最后形成坑槽。此外,我国一些季冻区域道路受自然条件影响经常遭受夏季高温多雨和冬季严寒冰冻的交替作用,很容易发生破坏。基于此本文分别研究了水—荷载耦合作用以及冻融循环作用下排水沥青混合料的损伤特性。传统的宏观研究方法难以说明沥青混合料复杂的细观力学行为,不能从细观角度解释其损害机理,而沥青混合料内部的空隙又对其性能有很大的影响。为此本文结合空隙分布特征来研究沥青混合料的损伤特性和损伤机理。本文首先成型了三种不同级配的OGFC沥青混合料试件,运用X-ray CT技术和数字图像处理技术研究了这三种级配沥青混合料的空隙分布特征。分别从空隙率、空隙数量、空隙等效直径和空隙分维数对沥青混合料的空隙分布特征进行了分析。研究发现通过像素个数来计算空隙率是一种行之有效的方法,计算空隙率与实测空隙率非常接近。建立空隙等效直径频率分布函数对比分析三组级配的空隙分布情况,综合考虑排水和耐久性的影响,得出OGFC-2为最优级配。建立了空隙分维数和劈裂强度的关系式,通过统计空隙直径大小对空隙分维数的影响,得出OGFC沥青混合料内大于3mm的空隙对沥青混合料性能影响较大,尤其是3~6mm的空隙占有量大影响最严重。在空隙率相差大的情况下,空隙率越大混合料劈裂强度越低,当空隙率较为接近时,沥青混合料劈裂强度则取决于其空隙结构及5mm以上的大空隙数量。其次,利用得到的空隙级配结合随机骨料投放技术建立了包含集料、沥青砂浆和空隙的沥青混合料细观有限元模型,通过在集料—沥青砂浆界面嵌入粘聚力单元,对比分析了水—荷载耦合作用下不同含水率状态下有空隙和无空隙沥青混合料剥落和损害规律。得出沥青混合料粘结界面开裂强度达到1.2MPa后,进入损伤演化阶段,在拉应力作用下裂缝逐渐扩展,最终导致沥青砂浆与集料分离剥落。水分的参与使沥青混合料更容易产生初始损伤,破坏时需要的能量更少,对集料与沥青砂浆的粘结极为不利。剥落容易发生在9.5~13.2mm集料的周围,少部分发生在4.75~9.5集料上。空隙等效直径越大,空隙周围的沥青砂浆越容易受到拉应力的影响,导致沥青混合料容易产生剥落。通过CT技术、数字图像处理技术结合有限元方法以OGFC-2沥青混合料CT切片图为基础实现了沥青混合料二维虚拟劈裂试验模拟。对比分析均质模型与非均质模型在劈裂荷载作用下的力学响应,进一步明确了沥青混合开裂位置及开裂原因。结果表明,沥青混合料在劈裂荷载作用下是由于集料和沥青砂浆界面受到水平拉应力的作用而产生开裂。作用在集料的上的应力大于沥青砂浆的应力,粗集料含量越多且占的比例较高时,沥青混合料破坏所需的应力也越大。最后本文基于冻融劈裂试验对玄武岩纤维和木质纤维OGFC沥青混合料损伤演变特性进行研究,通过劈裂强度、冻融劈裂比、损伤度、空隙率以及空隙数量的变化来分析沥青混合料在冻融循环作用下的损伤特性。结果表明,在冻融循环初期,沥青混合料内部空隙结构发生较大的变化,是影响混合料力学性能降低的主要因素。玄武岩纤维相比木质素纤维对空隙结构的变化可以起到更好的抑制作用,减缓混合料的损伤程度。