近年来,一种发生于道路表面行车带轮迹处的裂缝类型,被定义为从上到下的疲劳裂缝,存在大量实际路面结构中,得到了越来越多的关注。从上到下的裂缝(TDC)发生于道路表面并扩展贯穿整个沥青层,沥青路面结构力学经验设计方法(MEPDG)已经将这种裂缝作为路面结构的一种破坏类型,精确的路面分析,在力学经验设计法中至关重要。已有的研究中,对TDC的发生和扩展机理的分析,建立在一系列的假定上,而对实际路面结构中裂缝发生和扩展的机理还没有统一的定论。本文通过对不同组合形式的路面结构进行弹性分析和黏弹性分析,揭示了 TDC的发生和扩展机理,分析过程中将沥青混合料作为黏弹性材料。首先对采用的三种沥青混合料进行复数模量试验,利用MHN模型建立动态模量主曲线,进而根据动态模量主曲线确定沥青混合料的黏弹性参数,并用于路面TDC计算分析。关键因素分析表明,路表处水平横向拉应力是引起TDC的关键因素。传统的层状弹性解析方法在计算路表力学响应时难以收敛,导致力学结果出现较大的误差,本研究中采用一种算法弥补了传统方法难以收敛的不足。利用该方法,分析了温度、层间接触条件、荷载频率、沥青层厚度和老化等因素对TDC发生机理的影响。对上述弹性分析方法进行修正,实现了沥青路面TDC发生机理的黏弹性分析,并验证了黏弹性分析的正确性。基于新方法,分析了在静荷载和移动荷载作用下路面沥青层顶部和底部的水平拉应变。本文介绍的新方法为进行精确的黏弹性分析提供了途径。分析表明,温度梯度、荷载移动速度和沥青层厚度是引起TDC的主要因素。黏弹性和弹性分析结果均表明,交通荷载作用下的道路表面的横向水平拉应变更为关键,容易导致TDC裂缝的发生。最大横向水平拉应变发生的位置,位于轮胎边缘处。值得注意的是,在MEPDG中虽然采用水平拉应变作为TDC的关键力学指标,然而在计算过程中,不能正确地选取最大水平拉应变的位置。在半刚性基层沥青路面中,由于半刚性基层的高强度,TDC代替从下到上的裂缝(反射裂缝)成为了疲劳裂缝的主要形式。对于柔性基层沥青路面结构,在中、低温工况下,反射裂缝的发生机率较大,在高温工况下,道路表面更容易开裂。有限元方法能够有效地采用断裂力学和连续力学进行路面分析,因此TDC扩展机理的研究采用有限元方法进行。分别建立二维弹性和三维黏弹性有限元模型,分析了TDC的扩展机理。在弹性分析中,采用应力强度因子表征裂缝的扩展速率,而在黏弹性分析中,采用J积分进行表征。弹性分析结果表明,一类和二类应力强度因子沿着分析深度呈现不均匀分布。因此,TDC扩展速率对沥青层厚度和基层材料类型具有明显的依赖性。裂缝发生位置和轮胎边缘的相对关系,直接影响着TDC扩展模式为剪切模式,还是受拉模式。最后,根据Paris’s法则,分析了横向不同位置处,不同荷载作用次数下TDC扩展速率。对非均布轮载下路面结构进行黏弹性分析,计算了三种分析模式下,横向不同位置处J积分。高温工况下的计算结果表明,J积分能够准确地分析裂缝的扩展速率。对于半刚性基层和柔性基层沥青路面结构,裂缝深度和沥青层厚度是影响裂缝扩展的主要因素。另外,裂缝扩展的关键位置和裂缝发生的关键位置几乎相同。在实际路面结构中,由于轮胎和路面的接触应力状态,导致路面结构处于一类和二类混合开裂模式,进而导致轮胎边缘处的TDC裂缝的扩展速率急速增大。本文通过对路面TDC的发生和扩展机理进行研究,能够为沥青路面结构和加铺层的分析设计提供指导,同时为力学-经验模型在MEPDG中的应用提供了途径。