透水沥青路面可快速消除道路表面积水,但其服役过程中,透水能力易受到堵塞作用的影响。因此,为了全面掌握透水沥青路面运营过程渗透能力的演化规律,需明确透水沥青混合料的堵塞机理。空隙结构作为流体携污染物流动的载体,其复杂的形态必然导致堵塞行为的复杂性。而沉积颗粒的分布形式影响流体流动的空隙空间结构,是透水路面堵塞的根本原因。然而,受到测试方法和图像处理技术的限制,已有研究尚未明确沉积颗粒的堵塞机理及被堵空隙的结构特性,未能阐明堵塞作用对透水沥青混合料渗透特性的影响机理,难以为透水沥青混合料的设计提供合理的指导和建议。针对上述问题,本文基于计算机断层扫描技术,构建了透水沥青混合料的三维空隙结构,开展了三维空隙形态特性研究;通过分析流出颗粒和沉积颗粒的形状特性和空间分布特性,探究了堵塞颗粒对空隙的堵塞机理;分析了被堵空隙的结构特性,明确了被堵空隙的形态和分布特性;分析了沉积颗粒分布和被堵空隙的结构特性对抗堵塞能力的影响,在此基础上,开展了透水沥青混合料的设计方法优化研究。主要研究内容及成果如下:基于计算机断层扫描技术获取沥青混合料的二维断层图像,采用小波变换降噪、形态学处理方法和最大类间方差法,实现了图像的降噪、修复和空隙的提取。基于投影重构理论和图像处理技术,考虑流体流动的出入口条件,开发了连通空隙的识别算法;采用拓扑细化法,实现了三维空隙的骨架结构提取;在此基础上,开发了三维空隙形态参数的计算方法。基于颗粒堆积理论,获取了透水沥青混合料的填充系数,并采用填充系数表征了结构的级配特性,建立了三维空隙形态特性与级配特性的关系。采用数码显微镜和图像处理技术,开展了流出颗粒和沉积颗粒的形状特性研究;基于图像配准技术和数字图像处理技术,开发了沉积颗粒识别算法;基于多重分形理论,开展了沉积颗粒的分布特性研究。分析了级配类型对颗粒分布的影响,分析表明,透水沥青混合料的填充系数越小,沉积颗粒的分布范围越广。探究了透水沥青混合料的空隙形态对沉积颗粒分布特性的影响,以及空隙形态对流出颗粒形状特性的影响。结果表明,空隙形态参数中,空隙直径对沉积颗粒的分布和流出颗粒的形态影响最大。开发了被堵空隙识别算法,实现了被堵空隙的识别;采用图像处理技术,分析了被堵空隙的尺寸分布和形状特性;基于多重分形理论,分析了被堵空隙的空间分布特性。在此基础上,探究堵塞颗粒形态、级配类型和空隙形态特性对被堵空隙形态和分布特性的影响规律。结果表明,细集料的填充作用影响空隙结构的形态特性和分布特性;空隙迂曲度对被堵空隙形态和分布特性的影响最大。考虑渗透的各向异性,探究了堵塞行为对透水沥青混合料渗透特性的影响;分别考虑颗粒的整体和局部分布特性,分析了沉积颗粒的分布特性对结构渗透能力的影响;探究了空隙形态特性对结构残余渗透能力的影响,明确了空隙形态与透水沥青混合料抗堵塞能力的关系;综合考虑渗透能力和抗堵塞能力,确定了透水沥青混合料的最佳填充系数;基于最大密度理论,确定了透水沥青混合料的最佳级配范围,并对最佳级配对应的透水沥青混合料的路用性能、三维空隙形态、渗透能力和抗堵塞能力进行了验证。