在已建成的沥青路面使用过程中,存在部分沥青路面出现由于温度及重复荷载作用发生破坏的现象,即疲劳破坏。随着沥青路面设计和施工的发展和完善,行业内逐渐将路面的疲劳性能作为评价道路性能的基本标准,故研究疲劳破坏的产生机理和应对方法愈发重要。同时,粗集料作为构成沥青混合料的主体材料,研究粗集料的特征属性与沥青混合料的疲劳性能联系也具有相当大的价值。目前,已经有很多关于沥青混合料的疲劳性能研究,以及粗集料的细观特征研究,但仍未有全面的将宏观形貌、细观特征与疲劳性能综合起来的研究。针对以上研究需求,本文结合室内间接拉伸疲劳试验,针对利用图像处理技术提取了细观特征的沥青混合料试件,完成了疲劳试验。再结合数字图像处理技术和离散元软件重构了具有现实粗集料细观特征参数的虚拟二维试件,随后对其进行间接拉伸疲劳模拟试验,分析试件内粗集料细观特征对沥青混合料疲劳性能的影响。从宏观试验与细观模拟试验两个方面对比揭示了粗集料分布形态特征对沥青混合料疲劳性能的影响,具有较大的理论价值和应用前景。本研究以AC-13沥青混合料试件为后续研究对象,确定配比后,称取一定组份的的粗集料颗粒分别进行0次、250次、500次、750次、1000次回转的磨耗试验,并将各组分的粗集料利用MATLAB图像处理技术编程提取计算其棱角性参数。提取参数后的粗集料制备马歇尔试件进行劈裂实验,结果显示经由磨耗试验产生的棱角性对比试件组劈裂强度有着较为明显的变化,故为后续的实验打下了基础。本研究设计了三维质量级配转化成二维数量级配的方法,依据此方法将采集了特征信息的粗集料利用MATLAB编程手段随机投放生成了试件二维截面,在通过MATLAB-CAD-PFC2D系列交互手段在离散元软件中重构了二维虚拟试件。随后将重构所得试件进行间接拉伸虚拟疲劳试验。结果显示:无论是在同等应力比还是同等应力情况下,试件疲劳寿命在棱角性变化的梯度中都较为明显的存在一个峰值,故分析得棱角性较低时,混合料内部的粗集料没能形成骨架结构,当应力增长到一个较小限值,内部应力便基本由沥青胶浆承担了,因此所表现的细观现象即加载中会较多出现分支裂缝;随着骨架的形成,疲劳性能有所改善;但随着棱角性的持续增加,由于粗集料棱角比较丰富。在粗集料棱角处便会出现较为明显的应力集中现象,导致粗集料刺破沥青膜,形成裂缝,最终致使疲劳性能再次降低,分析结果得到疲劳性能峰值出现的棱角性参数在110000至130000之间。而在接触对参数的梯度变化内,试件的疲劳性能与细观接触状态呈现正相关的关系,分析到由于接触对的增加,使得沥青混合料内部形成了更为稳定的骨架构造,从而疲劳性能得到改善。通过离散元虚拟实验,初步揭示粗集料分布形态对沥青混合料疲劳性能的影响规律,并研究了粗集料棱角性参数L以及接触对参数J与应力疲劳方程中参数K的相关性,并做到了对应力疲劳方程的优化。为了与细观虚拟实验进行对比,后续将提取了细观参数的粗集料制备成马歇尔试件,设计完成了间接拉伸疲劳试验,宏观实验的的疲劳寿命差异性相对比较大,但在冷棱角性梯度与接触对参数梯度下的疲劳寿命,基本满足虚拟实验规律,故认为粗集料的分布形态对沥青混合料的疲劳性能影响有以上规律。