沥青路面为我国道路路面结构典型形式,而以普通沥青混合料组成的面层在高温和重载交通作用下路用性能较差,其中车辙是传统沥青混凝土路面的病害之一,车辙的产生主要是因为沥青混合料高温环境中产生剪切流动,因此道路工作者们一直采用改性沥青缓解出现的车辙病害,长期效果并不满意,因此急需一种能够满足高温稳定性的路面用混合料。半柔性复合材料是一种拥有沥青混凝土和水泥混凝土各自优点的复合材料,具有优异的高温抗剪切性能,并且国内外将半柔性复合材料应用于沥青路面结构上面层的研究较多,且取得了较好的效果。本文通过大量研究得出,车辙的产生主要是因为路面结构中面层抗剪切不能满足要求所造成的,而半柔性混合料应用于中面层,可以满足沥青路面中面层抗剪切强度,故本文将提高沥青路面结构抗车辙能力作为核心目标,将半柔性复合材料应用于沥青路面结构并取得了一定的成果。首先本文在研究大量国内外文献的基础上,针对高等级路面典型沥青路面结构进行了有限元建模,通过对剪应力峰值的大小和平均剪应力的分布区域进行分析可以得出,一是沥青路面结构中的剪应力峰值在面层中先增大后减小,且不同厚度下的沥青路面剪应力峰值均出现于中面层中。二是同一种路面结构中,中面层受到的剪应力均值最大,相较于上面层在数值上增大14.8%,比下面层增大43.1%,故综合分析沥青路面结构中剪应力峰值、剪应力均值的数值大小和分布规律等因素,可知中面层在沥青路面结构中作为抗车辙层而存在,为从根本上解决路面车辙病害,需要研究一种具有较高抗剪强度的混合料用于中面层。针对沥青路面结构抗车辙层的研究,本文采用SFP-20混合料用于中面层,而半柔性复合混合料SFP-20为满足性能要求进行针对性设计:第一步使用基于粒子干涉理论的分级掺配法和体积法设计了空隙率为22%、25%和30%三种母体沥青混合料,并且通过综合飞散试验和析漏试验得出母体沥青混合料的最佳油石比;第二步结合半柔性混合料灌浆及水泥浆干缩要求来制备高性能水泥砂浆,初步确定了水泥砂浆的配合比。最后一步将制备完毕母体沥青混合料和水泥灌浆料进行了灌浆试验,并且对其进行了灌浆率的测试,其灌浆率平均达到95%,灌浆效果良好。最后对灌浆完成的SFP-20混合料在22%、25%和30%空隙率下分别开展了力学性能和路用性能试验研究,试验包括包括单轴贯入试验、间接抗拉试验、弯曲蠕变试验、回弹模量试验、冻融劈裂试验、低温弯曲试验以及车辙试验,试验结果表明半柔性混合料的性能均远超出传统沥青混合料AC-20,尤其是高温环境下抗剪切性能和高温抵抗变形的能力,并且根据半柔性混合料在不同空隙率下的路用性能指标得出合适的空隙率范围为22%～25%。根据室内试验的结果开展了离散元理论下的虚拟单轴贯入试验、虚拟间接抗拉试验以及虚拟车辙试验,并且为建立离散元模型,采用三维激光扫描技术获得集料的外部特征,并利用geometry命令导入到软件内部生成集料,在生成虚拟集料的基础上使用软件自带的Bubble Pack算法生成虚拟试件,通过"反算演练"的方法对模型进行了赋值,然后模拟了三种试验的全过程,从细观层面揭示了其破坏机理,最后在前面三种虚拟试验的基础上对虚拟车辙试验进行了改进,与传统沥青路面模型进行了对比,表现出SFP-20混合料表现出优秀的路用性能。