沥青路面使用期间,受到车辆荷载的反复作用,结构内部应力或应变长期处于交迭变化状态,致使沥青混合料强度不断衰减。当荷载重复作用超过一定次数后,路面内所产生的应力超过其结构强度降低以后的抗力,导致路面结构发生疲劳破坏。路面上作用的车辆荷载是一种随机荷载,因此,车辆荷载在路面结构层内所产生的应力/应变也具有随机性。目前,国内外研究者大多采用常幅荷载(应力/应变)下的疲劳试验。这并不能完全实现对沥青路面在实际荷载作用下疲劳性能的模拟。因此,本文采用四点小梁弯曲疲劳试验方法,研究随机变幅应变下的沥青混合料疲劳特性。首先,本文选用合理的路面荷载图式和力学模型计算重载作用下路面结构应变响应。运用壳牌路面设计软件BISAR3.0,分别计算倒装结构沥青路面和半刚性基层沥青路面的面层内应变。在道路深度方向和道路横断面方向,对比不同荷载条件下的应变响应,确定沥青面层结构层内应变最不利位置点。对现有文献中提供的轴载谱进行简化分析后,通过结构计算将其转换为倒装面层结构中最不利位置的应变谱。经统计分析,得出该点处应变谱符合高斯分布。其次,采用澳大利亚生产的UTS015疲劳试验机对改性沥青SMA13混合料进行四点弯曲疲劳试验,得到了5种常幅应变水平下的疲劳寿命,建立了疲劳寿命方程。编制了3种符合高斯分布的随机变幅疲劳应变谱,实现了沥青混合料在随机变幅应变下的弯曲疲劳试验,确定了三种应变谱作用下的疲劳寿命。最后,通过对现有寿命预估模型的分析比较,建立了随机变幅应变作用下沥青混合料的疲劳寿命预测模型。与常规的Miner定理预估模型相比,发现基于连续疲劳损伤理论的预估寿命能够更好的预测随机应变谱下的沥青混合料疲劳寿命,且模型预测结果与随机变幅应变疲劳试验结果误差不大。该模型可运用常幅应疲劳变试验获得的疲劳方程,以及实际路面的荷载谱预测沥青混合料疲劳寿命,具有较好的适用性。