沥青混合料是由具有复杂表面特性的集料、复杂流变行为的沥青胶浆以及随机分布的空隙所组成的混合物，其各组分的微观结构与细观分布特性影响混合料宏观力学性能。需要注意的是，现今沥青混合料设计方法多采用唯象原理，即建立沥青混合料宏观力学指标与其路用性能间的关系，并未考虑微细观尺度特性对其宏观性能的影响。另一方面，目前的沥青路面结构设计方法主要基于连续介质力学以及层状弹性理论，沥青混合料随温度、加载速率等因素复杂多变的材料属性及其微细观特性对宏观性能的影响未得到体现。可以看出，从沥青混合料的材料设计到沥青路面结构设计，均未考虑沥青混合料的微观结构及细观分布特性，导致设计与实际生产脱节。因此，有必要研究沥青混合料微细观的非均匀特性，用以建立沥青混合料各组分细观结构参数与宏观性能间的联系。首先，通过室内试验获取沥青混合料原材料基本性质，确认所选用材料性能满足规范要求。不考虑空隙分布特性，将沥青混合料划分为二组分（沥青砂浆和粗集料）；基于静压回弹模量和静态蠕变试验，获取砂浆的材料参数；运用数字图像处理技术，得到不同级配剖面的二值图像，提取并分析粗集料特征指标。其次，考虑集料与沥青接触界面的微观特性，建立沥青混合料界面微观结构模型；设计室内拉拔试验，获得内聚力模型以及扩展有限元损伤参数，对比分析不同级配界面内聚力模型模拟结果；结合虚拟裂纹闭合技术的扩展有限元分析，研究混合料细微观结构分布特性对界面和砂浆抗裂性能影响规律。最后，基于有限元数值模拟技术，分析不同级配沥青混合料的细观非均匀分布特性；针对细观结构二组分材料性质差异巨大的特点，采用移动窗口技术和局部等效的材料参数法，实现沥青混合料细观结构的均匀化；而后，通过数字散斑相关方法和有限元模拟分析，验证局部等效细观结构方法的合理性；采用复合材料自相关函数提取混合料细观结构参数，通过不同级配混合料细观分布的有限元分析，建立原始细观结构和等效模型间关系，并分析细观结构参数和混合料抗拉、抗压、抗剪切性能间的联系。本文尝试进行沥青混合料不同尺度域的力学行为研究，探讨沥青混合料不同尺度域间跨越机制。文中所建立的等效细观结构模型，既包含原始结构的局部信息又均衡了各组分材料性质差异。其力学行为分析表明，此方法在不失掉细观结构特性的前提下能一定程度上表征混合料宏观性能。