沥青路面和水泥混凝土路面作为两大主流路面结构形式,已在国内外得到广泛应用,但其受轮载重复作用,易产生永久变形、疲劳开裂等病害。作为抵抗变形能力描述的重要指标,土基模量的衰变直接对路面结构受轮载作用下的损伤模式及抗损伤能力产生不可忽视的影响。本文通过文献阅读和工程调研,在全面的回顾、总结路面结构损伤研究现状的基础上,基于精细化数值仿真技术,依托已有的现场测试和室内足尺动态模型试验结果,全面研究了基于土基模量衰变的路面结构损伤规律和机理,并针对土基模量易衰变地区总结了相应的路面结构损伤工程防治对策。论文所取得的研究成果如下:(1)对土基模量表征的相关指标,包括回弹模量、地基反应模量、加州承载比CBR等进行了整理和分类,分析了它们彼此之间的内在联系,讨论了现行技术规范中关于土基模量的测定原理、方法、仪具等,明确了路基土受应力状态、填料类型、含水量、压实状况、级配组成等影响而诱发模量衰变的规律。(2)基于有限元软件KENSLABS,构建起水泥混凝土路面轮致损伤分析的计算模型,引入地基季节调整系数及零养护疲劳准则,分析了土基模量整体削弱对路面疲劳开裂指数的影响;探讨了当量轴载系数与多轴通过一次的重复作用次数对土基模量的依赖性;获得了不同土基模量下板厚、水泥混凝土抗弯拉强度、轴重、荷载重复作用次数等主要路面设计参数与路面开裂指数的关系,分析了水泥稳定碎石基层对疲劳开裂损伤的影响。结果表明:水泥混凝土路面疲劳开裂指数随着地基季节调整系数的减小而增大,且增大速度随地基季节调整系数的减小而加快;当量轴载系数及多轴通过一次的重复计算次数受到板厚及土基模量的影响;水泥混凝土路面疲劳开裂指数随着面板厚度、水泥混凝土抗弯拉强度、单轴轴重、单轴每日重复作用次数而改变的幅度与土基模量直接相关;在提高土基模量的同时,宜优先考虑适当增加板厚,严禁超载,设置水泥稳定基层等措施,从而控制水泥混凝土路面受轮载作用的疲劳开裂。(3)依托成德南高速公路沥青路面工程试验段,分别从基于弹性层状体系理论的静力学分析和现场车辆移动轮载动力测试两个角度,分析、比较土基模量一致条件下半刚性基层、倒装式和组合式三种典型沥青路面结构受轮载作用的力学行为。研究结果表明:沥青路面相对更易出现横向疲劳开裂;路面结构厚度相同的情况下,半刚性基层沥青路面在减少沥青面层本身的疲劳开裂和永久变形方面优势较强,组合式沥青路面与半刚性基层沥青路面受力情况接近,可部分替代半刚性基层沥青路面;倒装式沥青路面面层层底动应变对轴重影响不甚敏感,但宜适当增加沥青面层或沥青稳定碎石基层厚度以改善其受力状况;应严格控制沥青稳定碎石基层拉应力,以减少倒装式沥青路面和组合式沥青路面疲劳破坏。(4)依托成德南高速公路沥青路面工程试验段,基于弹性层状体系理论软件KENLAYER,在考虑沥青面层粘弹性,级配碎石基层非线性和行车荷载移动性的基础上,讨论了土基模量对半刚性基层、倒装式和组合式三种典型沥青路面结构损伤的影响差异,并进一步分析了该试验路段受车辆匀速移动轮载作用下的沥青面应变力学响应。结果表明:土基模量衰变对沥青路面永久变形损伤的影响整体大于疲劳开裂损伤;三轴荷载作用下的沥青路面轮致损伤率大于双轴,其次大于单轴,且车速越慢,行车荷载对路面结构受力越不利;单轴荷载作用下的疲劳开裂损伤率对土基模量衰变的敏感程度大于双轴,其次大于三轴,对永久变形损伤率而言,这个排队反向;不同轴重下的轮致损伤率对土基模量衰变的敏感程度差别不大,但车速越快的行车荷载,其导致的疲劳开裂损伤对土基模量衰变的敏感性越明显;将路面结构分别按其疲劳开裂损伤率和永久变形损伤率对土基模量衰变的敏感程度降序排列,依次为倒装式、组合式和半刚性基层沥青路面和倒装式、半刚性基层和组合式沥青路面;冬季时的倒装式沥青路面结构在预防路面疲劳开裂损伤方面有一定优势,但其抗疲劳开裂损伤能力的季节依赖性偏大,相对而言,半刚性基层沥青路面抗疲劳开裂损伤能力受季节影响程度最小;荷载与季节条件的综合作用会明显增大轮载作用下的疲劳开裂损伤,其中又以倒装式沥青路面最为显著;夏季时,应尤其重视车辆超载的控制,避免沥青路面疲劳开裂损伤的迅速累积。(5)作为特例,及考虑我国使用的普遍性,对土基模量衰变条件下半刚性基层沥青路面结构进行了针对性讨论。基于室内足尺动态模型试验,分析了土基含水量和压实度对半刚性基层沥青路面永久变形和基层层底应力的影响;在考虑沥青面层粘弹性,级配砂砾底基层、土基非线性和行车荷载移动性的基础上,运用弹性层状体系理论软件KENLAYER,讨论了土基模量对半刚性基层沥青路面损伤的影响。结果表明:土基模量越大,增加面层、基层和底基层厚度对提高由永久变形控制的设计寿命的作用越明显,土基模量越小,增加底基层厚度对抑制沥青路面疲劳开裂损伤的效果就越明显;从提高沥青路面设计寿命来说,土基模量偏大时,面层和基层厚度都有一个相对合理值,底基层厚度增至某一临界值后对提高设计寿命已无明显作用;在土基模量偏小时,增加各结构层厚度均可相对有效提高沥青路面设计寿命;随着土基模量的降低,控制沥青路面设计寿命的损伤模式或发生转化;对受永久变形控制的设计寿命,核心参数按影响程度从大到小排队依次为土基模量、面层厚度、基层厚度和底基层厚度;对受疲劳开裂控制的设计寿命,该排队从大到小依次为面层厚度、基层厚度、土基模量和底基层厚度。(6)初步提出了土基模量易衰变地区路面结构损伤防治的基本技术思想,将道路工程分为勘察、设计、施工、运营等阶段,分别从各阶段的交通、路基、路面以及防排水等角度系统归纳了路面结构损伤的主要工程防治措施,明确了不同防治措施的应用阶段、适用条件和适用范围。