沥青路面目前是高等级公路的主要路面结构型式,随着沥青路面的广泛应用,设计者遇到越来越多的问题。长期以来,研究者主要采用简化模型及室内试验研究沥青混合料宏观性能,这种方法花费大量的时间和人力物力,而且无法从本质上解释沥青混合料复杂的力学性能。有限单元法虽能从细观角度研究沥青混合料,但该方法难以处理颗粒材料接触问题。本文结合X-ray CT和离散元研究了沥青混合料细观结构与宏观性能之间的联系。首先,选取典型混合料AC20、SMA20和SUP20为研究对象,基于X-ray CT扫描和改进的图像处理技术,获取沥青混合料内部结构,然后通过体视学推导二维与三维级配关系,选择二维纵向截面导入离散元软件PFC2D中,从而建立沥青混合料虚拟几何模型,并利用室内试验确定模型中的细观接触参数,最终实现了单轴压缩虚拟试验,从而证明了图像处理与离散元结合的可能性。其次,通过设计单轴压缩正交试验,探究了集料刚度及砂浆粘弹性对沥青混合料抗压强度的影响,并利用BP神经网络结构建立了沥青混合料宏观力学性能与离散元中的细观接触参数的联系。正交试验的结果发现集料的法向刚度对三种混合料的单轴抗压强度均有显著影响。SUP20及AC20的BP神经网络误差小于6%而SMA20的最大误差达到15%。然后,对单轴压缩过程中的集料运动特点进行评价,通过质心坐标和长轴表述集料刚体运动及转动特性,研究发现集料在受压过程中先发生纵向位移然后水平移动。同时还分析了加载过程中砂浆内部接触力的变化规律,发现三种混合料的砂浆在受力中内部的接触拉力数目与接触压力数目发展趋势一致,而接触拉力和接触压力的大小演变却不同,结果说明SUP20砂浆承担了拉力,SMA20的砂浆几乎不受力,而AC20的砂浆则分担了一部分压力。通过本文的研究,表明集料和砂浆的材料属性及几何特性均影响着沥青混合料的宏观性能。希望本文能为从细观结构研究宏观性能提供新思路,深化对沥青混合料的理解和认识。