沥青路面结构在重载车辆荷载作用下，一般表现出非弹性、非线性的性能，对轴载作用下路面结构材料响应情况进行深入系统研究，具有重要理论和现实意义。 本文系统地对路基和沥青路面结构进行了非线性分析，引入了基于车辙标准的轴载换算方法；研究了沥青路面非线性设计参数；给出了重载沥青路面推荐结构、重载沥青路面设计方法的使用条件及重载沥青路面设计流程图。它将对解决山西省乃至全国公路在重载情况下沥青路面非线性设计方法的技术难题奠定了基础。所取得的一系列研究成果适用性较强，将对保证沥青路面的设计质量，降低修建及后期养护工程造价等具有重要作用。 对路基土的实际受力状态、回弹变形与强度特点进行了系统分析；针对路基土受力状态的各种试验方法提出了指数模型、双曲线模型、Dawson-Gomes模型、AASHTO模型和应力依赖模型；确定回弹变形为0.6mm作为重载土基回弹模量承载板法的界线，并首次在国内提出了新测试方法下修正后的重载条件下的华北及西部地区路基回弹模量推荐值。路基合理回弹模量比现有规范取值可提高15-30％。 通过对粒料类材料应力-应变的非线性分析，论述了K-θ模型、改进K-θ模型和Boyce模型，建议重载作用下，水泥稳定类和二灰稳定类材料设计模量值分别取试验测得值的80％和85％左右，对半刚性基层材料分析可知，其应力应变关系符合幂硬化规律：σ=A·εn；对沥青类材料的模量取值保持原规范的推荐值。 进行了沥青路面重载车辙试验，研究了车辙形成机理，提出了基于车辙指标的轴载换算方法。通过车辙试验研究分析，得到了轴重P和沥青混合料的动稳定度DS的关系式。为确定重载作用下路面的回弹变形，对试验路进行了不同轴载的回弹弯沉测试，得出在轴载大于10T以上的情况下，回弹变形已经大大的向后延续；重载沥青路面结构设计中，推荐采用比利时的力学图式和基本模型。 系统调查实测了重载轴载谱，利用非线性参数进行了路面理论分析，对弯沉、基层层底弯拉应力和车辙设计指标进行了修正。应用本文弹塑性解析解得到的计算路表回弹弯沉值比现有《规范》提高了计算精度。系统提出了考虑非线性的重载沥青路面设计方法，并通过优化分析，给出了重载沥青路面推荐结构。