水泥稳定碎石的开裂问题是我国半刚性基层路面破坏的重要诱因。如采用大粒径碎石(12-18cm)作为主骨料,利用水泥类填隙料填补主骨料间的空隙,即可形成大粒径集料嵌锁型材料。以主骨料形成较大摩擦力与嵌挤力的空间嵌挤结构,也可以在很大程度切断填充细料间的联系,避免类似半刚性基层的连续板体,延缓并阻碍裂缝向上扩展。本文首先分析了水稳填充大粒径碎石基层试验路段的材料设计方案。考虑到水稳料作为填隙料导致施工工序多、人工依赖度高、大粒径碎石嵌锁程度不稳定的缺点,本文对填隙料进行了改进设计。并且通过室内试验测试了改进材料水稳填充材料的弹性模量、抗压强度、抗折强度以及主骨混合料材料的裂纹扩展形态。其次,本文针对大粒径集料嵌锁型材料的特征,实现了随机骨料投放。然后结合双线性粘聚带本构模型,在骨料-填隙料界面和填隙料间插入三维零厚度粘聚界面单元建立了细观有限元断裂模型。在ABAQUS中通过局部加载的方式完成自密实填充大粒径碎石材料的动态开裂模拟分析。细观断裂分析表明,骨料和填隙料界面为材料薄弱相,断裂多从界面处开始扩展,二维动态裂纹扩展形态和整体嵌锁型材料的抗压试验结果一致。增大粗骨料的粒径以及控制粗骨料的形貌特征都能够有效增强集料嵌锁型材料的整体承载能力及抗裂性能。针对骨料-填隙料界面的敏感性分析表明界面粘结强度对材料的抗裂性能影响较大,相比之下界面断裂能参数敏感性较弱。进一步的三维动态开裂模拟,与二维动态开裂的裂纹形态高度一致,断裂临界荷载和损伤耗能接近。本文最后对湖北省钟祥市辖区内S311省道水稳填充大粒径碎石基层试验路段的路面结构设计进行了验算。通过调研结果表明大粒径集料嵌锁型材料基层路面能很好的适应重载大交通流量、具有优良的抗裂效果与承载能力,完全可以作为路面基层材料的重要选项加以推广。