沥青混合料是一种粘弹塑性多相非均质材料,主要由粗集料、沥青胶浆、砂浆和空隙等组成。沥青混合料内部结构的不规则性以及不同成分的复杂力学性质导致其内部疲劳损伤的累积与发展的过程极为复杂。多尺度方法通过假设沥青混合料为不同尺度上的简单材料的组合来简化其宏观视角下复杂的材料组成情况。通过微小尺寸下材料的组成特性来解释其宏观力学性能演化规律。然而多尺度分析方法在沥青混合料中的应用方式并无定论,包括不同尺度的划分准则,不同尺度上材料的组分定义以及相关的试验方法较为模糊且无统一标准,同时不同尺度上材料的空间结构分布研究较少。因此,对沥青路面材料的多尺度力学特性和结构特征的表征与评价显得尤为重要。首先,对沥青混合料的胶浆,砂浆以及混合料尺度进行划分,并通过数字图像分析方法获取不同尺度材料的比表面积参数,结合沥青混合料内部不同组成成分的体积,密度等物理参数进行材料设计。同时,根据不同尺度的材料特点,基于空隙率控制,确定具有可重复性的不同尺度下沥青混合料的室内成型方法。其次,对不同尺度下的沥青混合料细观结构分析方法进行研究,利用激光衍射方法,电镜扫描方法和光学成像方法,通过混合料的切割以及虚拟生成的方法,获取沥青混合料,砂浆和胶浆的二维图像。利用数字图像分析方法,采用不同尺度上分散相的厚度分布曲线对不同尺度的分散相的空间结构分布进行量化,提出不同尺度上的分散相分布的结构参数,包括期望,众数,最大比重以及均匀性参数等,并进行误差控制分析。结果表明:在目标空隙率范围内,精准控制沥青混合料的沥青含量,可以较好的控制砂浆厚度分布参数的变异性。然后,对不同尺度下沥青混合料的疲劳试验方法进行探究,确定评价沥青混合料在不同尺度下的疲劳参数。结果表明:通过半圆弯曲的单向加载,重复加载和间歇重复加载试验可以获取沥青混合料的中温疲劳及愈合参数;通过确定胶浆和砂浆的线性区范围(LVE),基于时间温度扫描试验(TTS)建立其主曲线可获取相应的粘弹性参数;通过确定胶浆和砂浆的线性增幅应变扫描试验(LAS)的应变范围,基于粘弹性连续损伤模型拟合损伤曲线和损伤因子,可获取其疲劳参数。最后,研究不同尺度下材料的粘弹性力学指标,疲劳参数与细观结构参数之间的关系,并分析不同尺度之间的材料与结构参数的相互作用机理,主要包括胶浆、砂浆和沥青混合料三个尺度的相互串联。结果表明:胶浆的疲劳参数与粘弹性参数和沥青膜厚度参数之间相关性很强;通过多元线性回归分析,可以建立基于胶浆疲劳参数和胶浆膜厚度参数的砂浆的疲劳参数预测模型,同时可以建立基于砂浆疲劳参数和砂浆膜厚度分布参数的沥青混合料疲劳参数预测模型。通过本文的研究成果,为沥青混合料多尺度的疲劳损伤机理研究提供了有效的途径。