传统的宏观试验法无法从微细观角度准确描述沥青混合料的内部细观结构特征和力学性能变化。随着数字图像处理技术和数值模拟方法的发展应用,国内外已经形成了较为完整的混合料数字图像处理流程和细观结构评价方法。本文基于CCD数字图像技术和3D激光扫描技术获取集料形态特性,结合有限元方法和数值模拟方法进行虚拟劈裂试验,从细观角度探究沥青混合料细观特性对宏观力学性能的影响,主要研究内容及研究成果如下:首先利用CCD高清相机完成了沥青混合料二维模型中集料图像的提取,采用3D激光扫描仪分别获取了不同产地的集料点云数据,分别构建了1050个二维集料颗粒和528个三维集料颗粒的数据库,并完成了集料提取和集料形态指标评价算法的开发和程序的编写,分析了其统计分布规律,建立了集料二维和三维特性评价指标间的联系。然后根据3D集料几何形态的分布特性,开发编写了形态可控的3D不规则虚拟集料的生成算法,构建了三维虚拟集料库,结合数值模拟方法,从集料库中随机选取集料,采用包围盒和空间三角形对法进行集料干涉检测,构建了沥青混合料三维数值模型,在此基础上,进一步开发编写了沥青混合料3D试件截面切割的算法,便于沥青混合料3D内部细观结构的研究。最后将上述二维切片图像导入有限元软件,构建了包含集料、沥青砂浆(空隙视作砂浆中一部分)的沥青混合料细观模型,并采用广义Maxwell双线性模型和内聚力模型开展了有限元虚拟间接拉伸试验,通过比较室内试验和模拟试验中的荷载峰值,验证了有限元方法的准确性和合理性。在此基础上,进一步分析了不同加载角度、级配类型、集料形状和棱角特性等因素对沥青混合料抗裂性能的影响,研究表明:同一温度下,在加载角度为135°时,混合料的抗裂效果较好;在特定温度条件下,RT和ST随棱角度呈现出较好的规律,而在FI处于3.0附近,能取得最大ST和最小RT;各力学指标与级配类型间有良好关系,随着集料最大公称粒径的增大,ST和RT分别呈增加或降低趋势。