随着高速公路事业的快速发展,占公路路面类型比重最大的沥青路面迎来了发展的黄金时期。沥青路面在取得量的飞跃的同时,高温稳定性、耐久性不足等问题仍然普遍存在。普遍认为,集料级配对沥青混合料的路用性能具有重要的影响,因此世界各国的道路工作者对级配以及集料颗粒本身细观参数的研究越来越深入。本文在第一章中简明扼要的阐述了级配对沥青混凝土路用性能所起的重要作用,分析总结了现有几种主要级配设计方法所具有的不足。作者经过大量阅读文献和调查,发现传统的级配设计方法所采用的经验指标难以将集料表面特性与级配紧密联系,而近年来快速发展的分形几何理论,被广泛应用到研究自然界中不稳定、不规则的现象中,在凸凹不光滑、破碎不连续的材料研究方面具有明显优势。最近几年分形几何理论被逐步应用在沥青混合料集料的研究领域,在诸如微观结构分析、体积特性分析、颗粒均匀性分析、级配曲线评价等方向取得了成功尝试。利用分形理论对路面材料进行深入研究,被认为是该领域极具潜力的发展方向。本文在第二章中对分形的定义、分形理论两大基本原则以及分形理论的重要参数—分维值进行了介绍。阅读文献的过程发现,分形级配理论较多的用于评价已有级配曲线,或者对连续级配沥青混合料进行一维设计。对用于间断级配的二维分形设计方法,只停留在公示推导层面,未发现系统的设计过程。因此在第三章中,本文以一维公式为基础推导了二维公式,并采用最大公称粒径代替最大粒径进行计算。选取规范中SAC-16级配范围内三条曲线进行分形评价,并与属于连续级配的AC-16进行了对比,对比结果显示出SAC-16采用二维分形设计的正确性,同时找出了粗细集料的分界筛孔在第四章中,本文率先运用基于离散元理论的颗粒流程序PFC3D,对文献62中的6组粗集料骨架间隙率进行仿真测量,将测量结果与该文献中使用实测方法得到的数据进行对比,对比结果显示本文所建立模型具有一定的准确性和可行性。该方法具备过程简便、节省大量人力、物力和时间的优点,为针对散体材料的虚拟试验方法(如岩土工程中沙石等材料的体积填充特性以及空隙率的研究)指明了方向。本文粗集料以工程实践验证的最合理骨架间隙率VCA、细集料以达到最大密实度为依据,求算粗集料的分维值Dc和细集料分维值Df,进行级配设计,填补了二维分形公式只用于级配曲线的评价而没有用于设计的空白。本文以SAC-16沥青混合料级配设计过程为例,展现出分形理论对间断级配沥青混合料集料级配设计时所具有的优越性和灵活性。选择最大公称粒径通过率为97.5%,求得级配曲线与级配范围中值走势大体一致,区别是粗集料含量略高,细集料含量略低。最后通过路用性能试验对分形级配设计结果和级配范围中值进行效果评价。试验结果显示,尽管级配差别不大,但路用性能指标相差较为明显,如分形设计结果比级配中值的DS高368次/mm,冻融劈裂试验的劈裂强度及最大荷载也有提高,这说明将级配范围中值作为最佳级配的做法是错误的,同时证明了沥青混合料是敏感性极强的材料,开展深入、细致的研究很有必要。