现代重载交通要求沥青混合料具有优良的高温稳定性和耐久性，为提高沥青混合料的性能，近年来出现了大量的新材料和新技术，但现有研究多集中于通过改性沥青增强沥青混合料路用性能，在矿质集料结构和沥青路面结构组合研究方面成果缺乏。本文针对当前沥青混合料强度不足和路面结构组合不合理的问题，对密级配大粒径沥青混合料LSAM从强度机理、设计方法和结构性能等几方面展开研究。本文首先分析了矿质集料的结构组成特性，提出了矿质集料结构作用机理，确定了集料按嵌挤、填充作用的分组和关键控制点；以此为基础，将贝雷法的粗细分界改为嵌挤、填充分界，利用旋转压实仪提出了沥青混合料结构—性能设计方法，经动态模量试验、低温弯曲应变能密度试验、水稳定性试验和疲劳试验表明，该方法设计的LSAM和AC路用性能优良；鉴于LSAM的优良路用性能，本文讲过理论分析提出了以LSAM为核心中间层的重载长寿命沥青路面结构，经试验路和实体工程检验，该结构具有良好的高低温稳定性和耐久性。沥青混合料结构—性能设计方法适用于各种粒径的沥青混合料，与所提出的新型重载沥青路面结构搭配使用，可为我国的重载长寿命沥青路面建设提高重要参考途径。