沥青路面的损伤机理一直是道路工程领域的重要研究课题。由于沥青混合料复杂的结构特性,且包含的空隙、集料、矿粉和沥青等都具有独自的特性,采用在单一宏观尺度下的路面力学分析方法难以有效地考虑沥青路面细观尺度结构特性、组分材料特性的影响,也无法通过获取沥青路面细观响应进行合理的沥青路面损伤机理多尺度分析。为此,本文提出了一种新颖的适用于模拟沥青混合料细观结构的随机骨料模型,通过该模型可快速构建二维沥青混合料细观结构,进而建立同时考虑沥青面层宏观和细观结构特性的沥青路面多尺度有限元模型。本文具体研究工作概括如下:(1)提出了一种随机骨料模型,其中包含了两个子方法:“随机凹凸面”骨料颗粒生产方法及“双背景网格”投放方法。这两种方法能有效地解决虚拟骨料形状与实际骨料不符以及骨料投放效率低下的问题。通过比对试验级配骨料面积预设值与由模型实际生成的骨料面积,证明了提出的随机骨料模型的有效性。通过统计在不同尺寸的双背景网格下生成相同骨料含量细观结构的时间,证明了“双背景网格”方法在骨料投放计算过程中的优势。(2)在随机骨料模型生成的细观结构中随机选取了三个代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE),并对RVE进行了与动态模量、热收缩及热传导对应的数值模拟试验,利用均匀化原理预测了沥青混合料等效热力学参数。其中,推导了在有限元分析中的均匀化计算公式。结果表明,由推导的均匀化公式计算得到的沥青混合料宏观性能参数与经典值十分接近,证明了均匀化计算公式的有效性,并为后续的多尺度模型确定了沥青面层在宏观和细观尺度材料的一致性。(3)为了更加准确、高效地探究沥青混合料细观参数与宏观性能之间的关系,利用提出的随机骨料模型生成了沥青混合料RVE细观模型,并准确控制了其中的骨料含量或空隙含量。对这些RVE进行与动态模量、热收缩及热传导相对应的数值模拟试验,采用推导的均匀化公式得到了沥青混合料的热力学参数。结果表明,增加骨料含量会使得沥青混合料的动态模量增加,而减小混合料的热收缩系数及热传导系数。空隙率的增加会使得沥青混合料的动态模量及热传导系数减小,但这种效应会随着空隙率增加到一定程度减弱甚至出现相反的效果。空隙率在3%至6%范围内变化时对沥青混合料在中温下的热收缩系数的影响不明显。(4)将由随机骨料模型生成的沥青混合料细观模型嵌入宏观尺度下均匀的沥青面层中,建立了沥青路面多尺度有限元模型。对半刚性和柔性路面结构在不同条件下的黏弹性力学响应进行了模拟,并通过对沥青面层内第一主应力的统计分析深入研究了沥青路面损伤机理。其中,考虑了三种沥青面层厚度(10cm、15cm及20cm)和两种温度(5℃和35℃)对路面结构力学行为的影响。结果表明,本文提出的多尺度模型能够有效表征沥青路面复杂的力学响应。通过对沥青面层细观结构内第一主应力的统计分析,能够合理地反映沥青路面宏观尺度力学行为,并能从材料受拉破坏的角度揭示沥青路面损伤行为机理。半刚性路面结构更容易发生“自顶向下”的开裂,而柔性路面结构更容易发生“自底向上”的开裂,但同时“自顶向下”的开裂也不容忽视。沥青面层厚度的增加能显著减小低温下半刚性基层沥青面层的应力水平,但对于柔性基层沥青面层的应力水平却大多起到增加的作用。在变形较小时,空隙周围高拉应力区域更可能是路面损伤的原因。