反射裂缝是我国沥青路面主要病害之一。本文针对沥青路面反射裂缝问题，对工程中三种常用沥青混合料(AC-20，AC-16，SMA-13)开展了半圆弯曲试验，获得其断裂力学响应。随后，借助扩展有限元数值模拟方法以及断裂力学理论，对沥青混合料的半圆弯曲断裂试验过程进行了数值模拟研究，并对沥青路面结构抗裂优化设计进行了模拟分析。
　　本文对三种沥青混合料制备了AC-20、AC-16、SMA-13的旋转压实试件，按照规定的尺寸切割成半圆弯曲试件，通过手动切割设置了三种切口深度，分别为12mm、15mm、18mm，切口宽度均为 1.5mm。设置了三种试验温度条件，分别为室温（25℃）、中温（15℃）、低温（-15℃），分析了三种沥青混合料在不同温度条件下的荷载-位移曲线、破坏过程和破坏形态，发现沥青混合料在室温以及中温条件下具有一定的粘弹性力学特性，呈现韧性破坏的特征，低温条件下呈现脆性破坏的特征。随后论文从能量的角度出发，根据断裂力学理论中的断裂能、断裂韧度等评价指标，对比分析了三种沥青混合料种类的抗裂性能，通过对半圆弯曲试验力-位移曲线进行积分得到包络面积，并经过拟合对比分析得出，SMA-13具有最高的断裂能和断裂韧度，适合在抗裂优化设计中作为抗裂材料。
　　本文为了验证扩展有限单元法用于模拟沥青路面反射裂缝扩展行为的准确性和有效性，按照半圆弯曲试件的真实尺寸建立了二维有限元模型，设置并装配了三种初始切口，其深度分别为12mm，15mm和18mm。把动态模量试验转换得到的Prony级数参数作为沥青混合料的粘弹性参数输入到模型中，应用ABAQUS有限元软件的扩展有限元（XFEM）模块，模拟计算了半圆弯曲试件的断裂过程，得到半圆弯曲试件在控制位移加载模式下的荷载-位移曲线。对比分析实验室和仿真得到的试件破坏形态、荷载-位移曲线形态、走势等结果，得出了模拟-试验曲线拟合对应较好的结论，验证了扩展有限元方法可以有效模拟沥青混合料的断裂形态和断裂过程，可以作为沥青路面结构裂缝扩展问题的有效模拟手段。
　　本文利用扩展有限单元法在解决裂缝扩展等不连续问题的优势，应用ABAQUS大型有限元软件的XFEM模块，结合实际路面工程情况，获取实际路段的几何参数以及力学参数，构建了基于真实路面的含裂缝的沥青路面三维模型。该裂缝在宽度上贯穿整个道路结构，在深度上以基层底部为起点，并向上扩展。通过编写移动荷载DLOAD子程序模拟行车荷载的实际作用，计算反射裂缝在交通荷载作用下的扩展情况。基于断裂力学理论，以裂缝尖端的应力强度因子SIFC、J积分以及起裂角作为断裂评价指标，研究分析了沥青路面结构模量、荷载场、车辆行驶速度、层间接触条件、温度条件等不同影响因素对沥青路面反射裂缝扩展的影响。根据灰色关联理论，量化裂缝扩展的影响因素，对其进行比对排序，可为今后沥青路面的抗裂设计提供一定的参考。