随着国民经济与交通运输事业的快速发展，交通量急剧增加，车辆超载超限在局部地区愈演愈烈，加之复杂恶劣的自然气候，大量水泥混凝土路面往往未达使用年限就出现了唧泥、脱空、疲劳断裂甚至粉碎性断板等严重结构性破坏。水泥混凝土路面出现病害尤其是结构性破坏后，道路“病情”将迅速发展，使用性能急剧下降，服务寿命显著缩短，并产生一笔不菲的养护维修改造费用。水泥混凝土路面上述病害产生的深层原因及内在机理是什么？产生这些病害之后，公路管理部门应当如何科学应对？这是论文选题必须深入回答的两大问题。前者是文章的理论基础，后者是文章的实用价值。　　 首先，依托若干水泥混凝土路面典型路段，开展基于探地雷达检测技术的板底脱空调查，利用后处理分析软件ReflexWin获得反射波剖面图以判别样本板底是否脱空;利用落锤式弯沉仪进行多级加载弯沉测试并回归“荷载—弯沉”关系曲线，以关系曲线斜率、截距以及板角最大弯沉这三项指标构建综合指标体系，采用可拓评价方法判别板底脱空状况;以探地雷达判别结果为基准，通过细致划分脱空分类，科学确定各项指标节域、各脱空状态下经典域及权系数以获得较高的脱空识别率和较低的误判率。结果表明，该改进方法关于板底脱空的判别精度较高，能够满足工程检测、判别和结构评价的需要。　　 其次，在先前水泥混凝土路面板底脱空现场调查试验的基础上，对板底脱空的类型加以科学分类，从而建立了水泥混凝土路面结构的三维有限元模型，通过对各类不连续支承水泥混凝土路面开展相关结构分析，获得其荷载应力规律。结果表明，完好接触路面结构与绝对完全脱空路面结构二者荷载应力关于轮胎接地压力敏感性相当，地基反应模量对于二者荷载应力的影响都微乎其微，但绝对完全脱空路面结构的荷载应力关于面板厚度更为敏感;利用回归得到的相对完全脱空路面结构荷载应力公式，可计算不同脱空尺寸和初始脱空深度组合下的路面结构荷载应力;随着轴载的增加，非完全脱空路面结构面层板荷载应力增加率小于绝对完全脱空路面结构面层板荷载应力增加率。　　 然后，推导了单调随机变量的概率密度函数、水泥混凝土疲劳寿命的概率密度函数以及水泥混凝土Miner疲劳损伤的概率密度函数、“Chaboche-Zhao”疲劳损伤的概率密度函数和修正的“Chaboche-Zhao”疲劳损伤的概率密度函数;再借助室内疲劳试验结果，标定这若干水泥混凝土疲劳损伤模型中损伤的概率密度函数参数;将荷载作用次数代入上述概率密度，计算获得水泥混凝土在不同高应力水平下其疲劳可靠度变化规律。结果表明，Miner疲劳损伤模型较之修正的“Chaboche-Zhao”疲劳损伤模型更加偏于安全。　　 接着，开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT，分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律，研究了面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等参数对路面结构疲劳损伤的影响，分析了交通荷载和上述路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响。结果表明，随荷载作用次数的增加，路面结构疲劳损伤度将不断增加，但其增幅将越来越小，路面结构荷载应力将逐渐减小;随着轮胎接地压力的增加，路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势，随着面板厚度的增加，路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势，随着脱空尺寸的增加，路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系。　　 最后，基于论文理论方面的研究，通过一定的技术经济分析手段，研究了水泥混凝土路面的养护决策模式，具体包括考虑脱空的路面评价与换板研究和基于寿命周期费用分析的路面养护决策方法研究。