环境温度和老化作用下公路和铁路沥青混凝土结构内部呈现出显著的连续梯度粘弹性特性。传统分析中一般忽略这种梯度特性的影响,建立整体均匀化模型,或仅考虑有限的不均匀性,通过将结构细分为多个亚层,并分别指定每层的材料特征参数予以近似。但在赋予单元材料属性时,仍是将单元看作是均质的,单元各结点的材料属性不变,这显然无法真实体现结构内部材料特性的连续梯度变化,计算不够精确。基于此,本文以公路和铁路典型沥青混凝土结构为研究对象,综合运用功能梯度材料理论、弹性和粘弹性力学及梯度有限元理论,结合沥青混凝土材料动态性能测试手段,量化表征结构内部的温度和老化梯度粘弹性,开发基于单元结点层面考虑材料连续梯度属性的有限元分析程序,在此基础上研究典型结构的梯度力学行为。论文主要研究内容和成果如下:（1）基于传热学原理建立了沥青混凝土结构温度场分析模型,研究了典型结构梯度温度场分布规律,进一步结合沥青混凝土动态特性试验,建立了温度梯度粘弹性的量化表征方法。结果表明,最显著温度梯度时刻,沥青混凝土结构内部温度沿深度分布符合三次抛物曲线形式;采用预先配置法和松弛时间移位的方法能够有效表征温度影响下沥青混凝土松弛模量和松弛时间谱的空间分布特性;沥青混凝土的广义Maxwell模型参数随温度的改变,本质是不同温度下的松弛谱沿松弛时间轴偏移的结果,温度高时,沥青粘度较低,松弛谱向松弛时间减小的方向偏移,沥青混凝土松弛模量减小,反之亦然。（2）设计提出“复合试件法”获取梯度老化试件,利用宏观动态特性预测理论和沥青结合料流变特性试验,得到试件内部动态特性梯度分布规律,进一步构建水平老化移位因子,实现了老化梯度粘弹性的连续表征。结果表明,老化作用引起试件内部材料属性沿深度呈现连续梯度变化,梯度老化对沥青混凝土动态模量的影响显著,特别是在低温高频段,而对相位角和温度移位因子的影响不大;基于特定梯度老化工况构建的水平老化移位因子函数随深度的变化总体符合指数函数形式;不同深度上沥青混合料的老化程度可通过其相对于参考老化状态下的水平老化移位因子进行量化,移位因子为正时,松弛谱向松弛时间增大的方向偏移,沥青混凝土松弛模量增加;老化引起的梯度效应较温度场引起的梯度效应小。（3）基于弹性和粘弹性力学方法及广义等参梯度有限元理论,设计编写了弹性梯度和粘弹性梯度有限元分析程序,研究了多种梯度边值问题及跨中集中荷载作用下梯度简支长梁的变形特性。结果表明,弹性梯度有限元程序适用于材料弹性属性多种梯度变化形式的边值问题,计算结果与解析解具有很好的一致性;其在求解简支长梁跨中挠度时,相对于均匀和分层近似模型,具有更高的计算精度和效率;粘弹性梯度有限元程序能够准确有效地分析简支长梁蠕变特性,而均匀和分层近似模型计算精度较差,计算误差会随分层数的增加而降低,但会随荷载持续时间逐渐增大,具有“累积效应”。（4）开展了温度和老化梯度对典型沥青混凝土结构力学行为影响机制的研究,揭示了不同程度地考虑梯度特性时,结构关键力学指标对外荷载的响应差异。结果表明,温度梯度对半刚性基层沥青路面面层内横向应力的影响最为显著,对剪应力的影响次之,对竖向应力的影响最弱;均匀模型中拉应力的计算结果小于梯度模型,可能会导致结构设计偏不安全;分层近似模型介于两者之间,并在亚层界面处呈现横向应力的“阶梯效应”;温度梯度对全厚式沥青混凝土道床结构设计控制指标的时程和幅值影响较小,但忽略温度梯度时,各设计指标计算结果不够准确,尤其是基床顶面竖向压应变和沥青层底拉应变;同时考虑结构内部温度和老化梯度时,路表弯沉幅值及相对误差并无明显的变化规律,其内在机理是温度和老化梯度的叠加效应并不一定使结构整体的抗变形能力提高或降低;在正温度梯度工况下,两者叠加削弱了整个结构内部的梯度效应,使沥青面层更趋向于均匀;而在负温度梯度工况下,叠加后结构内部的梯度效应被放大。