近年来，我国经济与社会快速发展，交通运输结构呈现新的特点，道路交通荷载与交通流量与日俱增，使得高速公路早期损坏日趋严重，道路服役性能急剧下降，频繁的养护、改建造成资源的巨大浪费，给交通带来极大不便。国内外大量研究表明，全厚式沥青路面结构是解决现有沥青路面早期损坏的一种有效途径，然而，随着重载、渠化交通的快速增多，全厚式沥青路面也表现出整体强度不足，易产生结构性变形等缺陷，将高模量沥青混合料与全厚式沥青路面结构有机结合，既可满足结构强度的要求，又可同时发挥高模量沥青混合料与全厚式沥青路面的双重优势。
　　基于此，本文在充分借鉴国内外相关研究成果的基础上，采用文献调研、室内试验、理论分析等技术手段，遵循“材料性能分析-设计参数确定-力学响应计算-路面结构设计-现场应用验证”的研究主线，首先基于室内试验，设计了符合法国标准性能要求的高模量沥青混合料，分析了其路用性能；其次，采用法国两点弯曲试验机和简单性能试验机SPT，对EME-14(连续和间断)、EME-20三种高模量沥青混合料进行了室内动态模量试验，采用两点弯曲试验测试了高模量沥青混合料的疲劳性能，构建了高模量沥青混合混合料的动态模量主曲线和疲劳曲线；再次，采用法国路面设计软件LCPCAlize中力学计算模块，进行了路面结构力学响应及性能分析；然后，初步构建了全厚式高模量沥青路面设计框架，结合课题试验路，给出了具体设计实例，最后，采用净现值和全寿命周期分析方法，进行了全厚式高模量沥青路面经济效益分析。论文主要研究成果如下：
　　(1)参考国内外相关资料，梳理了法国高模量沥青混合料设计方法和体系，结合我国工程实际，设计了满足法国性能标准要求的高模量沥青混合料，分析了其路用性能，对比了与常规沥青混合料路用性能的差异，结果表明：高模量沥青混合料在路用性能方面除了低温性能较常规沥青混合料差以外，高温稳定性和水稳定性均优于常规沥青混合料。
　　(2)采用两点弯曲试验仪2PT，测试了不同温度、频率下高模量沥青混合料复数模量、存储模量、损失模量及相位角，利用SPT试验机，测试了高模量沥青混合料不同温度、频率下的动态模量和相位角，绘制了主曲线；对比了高模量沥青混合料与常规沥青混合料力学性能的差异及不同测试方法动态模量的数值差别，分析了原因。利用两点疲劳试验机，测试了高模量沥青混合料的疲劳性能，分析了不同应变条件下劲度模量衰变规律，绘制了高模量沥青混合料疲劳曲线，获取了路面结构设计参数。结果表明：高模量沥青混合料动态模量随温度和频率的变化规律与常规沥青混合料相似，只是在数值上较大；由于受力机制不同，梯形梁两点弯曲动态模量要比单轴压缩模量小；在疲劳试验中，高模量沥青混合料劲度模量衰变大致分为三个阶段，EME-14-连续级配沥青混凝土疲劳斜率曲线斜率最小。(3)基于法国沥青路面结构设计软件LCPCAlize中力学计算版块中的特殊荷载模块，分析了高模量沥青混合料用于不同层位的力学响应，以响应改变率为评价指标，确定了高模量沥青混合料用于全厚式沥青路面的合理层位，采用正交试验，分析了不同层位模量对力学响应的影响，提出实现耐久性沥青路面的建议，探讨了层间结合状态、温度场对全厚式高模量沥青路面力学响应的影响，并对不同路面结构进行了性能及疲劳寿命分析，结果表明：从理论计算角度来讲，高模量沥青混凝土层位于下面层和底基层最为合理，可通过提升土基品质，采用高模量沥青混合料及富油疲劳层实现耐久性沥青路面；温度场、层间结合状态对路面性能影响显著，在设计时应当予以考虑；从理论分析角度来说，全厚式高模量沥青路面抗车辙性能最好，疲劳寿命最高。
　　(4)基于全厚式高模量沥青路面力学响应分析结论，结合国内外柔性基层沥青路面调研分析结果，初步构建了全厚式高模量沥青路面结构设计框架，给出了设计指标和步骤，依托工程实例，采用现场轴载谱测试结果获取的交通参数，进行了全厚式高模量沥青路面结构设计，并采用法国沥青路面结构设计方法进行了验证分析。
　　(5)采用全寿命周期分析方法，以总造价、养护费用、用户费用等综合评价指标，构建全寿命周期费用评价模型，对比分析全厚式高模量沥青路面与半刚性路面及全厚式普通路面的全寿命周期经济效益，从经济角度评价了全厚式高模量沥青路面的结构优越性，结果表明：全厚式高模量沥青路面具有最佳的经济效益。