多孔沥青混合料属于开级配大空隙沥青混合料,空隙率最大可达22%~25%,具有提高行车安全、消除路表径流、降低噪音等突出的优势。由于多孔沥青混合料的特殊结构特性,且多孔沥青混合料在复杂的多场耦合作用下工作,其强度机理和性能与传统密级配沥青混合料大不相同。因此,本文针对最大公称粒径为13.2mm的多孔沥青混合料(PAC-13)的强度机理及其多场耦合作用下的破坏过程进行研究。首先,本文对多孔沥青混合料的压实特性进行研究,自行开发了多向渗透系数仪,测得多孔沥青混合料的综合、竖向和横向渗透系数,更加全面的评价其渗透性能。基于平衡渗透性能、骨架结构和耐久性,确定了多孔沥青混合料的设计压实次数为45~75次。其次,基于摩尔-库伦强度理论和三轴压缩试验对多孔沥青混合料的粘结力c和内摩阻角φ进行分析,并采用自行设计的骨架贯入试验、沥青粘结强度试验(BBS)和胶浆砂浆粘聚/粘结强度试验(MBBS)对骨架强度、粘结强度和粘聚强度进行分析,阐述多孔沥青混合料的强度机理。以最大贯入压力和贯入能量评价不同粒径对骨架强度的影响,发现骨架强度随着2.36mm通过率的增加而减小,2.36-4.75mm作为骨架的一部分承担荷载,9.5mm的通过率对混合料的骨架强度具有最为重要的影响,并基于骨架强度对PAC-13的级配进行了优化。采用BBS和MBBS对多孔沥青混合料内沥青、胶浆、砂浆在不同沥青类型、温度、水损害下与集料的粘结强度及自身粘聚强度进行分析与评价。沥青-集料界面随着温度的升高由粘结破坏变为粘聚破坏,水损害条件下主要为粘结破坏;胶浆和砂浆均随温度的升高由粘聚破坏变为粘结破坏,短期水损害下为粘聚破坏,长期水损害下为粘结破坏,砂浆的粘结/粘聚强度与混合料的强度与耐久性具有更好的相关性。再次,结合高能量CT扫描技术和分阶段试验的研究方法,采用自行设计的多物理场动态蠕变试验评价多孔沥青混合料在荷载-温度及荷载-温度-水多场耦合作用下的高温性能;基于降雨过程,设计了干燥、降雨开始、降雨中和降雨结束四个多场耦合试验条件。研究表明:多孔沥青混合料的高温性能由高到低依次为降雨结束、干燥、降雨开始、降雨中,传统水损害试验方法可评价密级配沥青混合料,但不适用于多孔沥青混合料。多场耦合作用下的高温性能对荷载和温度的敏感性高于水损害,高温和超载加速水损害的发展,同时水损害也加速高温永久变形的发展。不同耦合条件下混合料破坏的形式也不相同,干燥和降雨开始条件下为压裂破坏,降雨中条件下为剪裂破坏,降雨结束条件下同时伴有剪裂和压裂破坏。干燥条件下,多孔沥青混合料高温破坏过程为:第一阶段为压密阶段,空隙率减小,侧向变形发展速率大于竖向变形;第二阶段在剪切和压密共同作用下,空隙率和连通空隙率增大,空隙数量增大;第三阶段为压密破坏阶段,空隙率和连通空隙率减小,空隙数量增大,直径小于1mm的空隙增多,竖向变形发展速率大于侧向变形。饱和条件下,多孔沥青混合料高温破坏的过程为:第一阶段为压密阶段,空隙率减小的幅度大于干燥条件下;第二阶段同样受到剪切和压密的共同作用,空隙率和连通空隙率增大幅度大于干燥条件下;第三阶段为剪切破坏阶段,空隙率和连通空隙率继续增大,整个过程中侧向变形速率均大于竖向变形。最后,对多孔沥青混合料在多场耦合作用下的水稳定性能及耐久性进行评价,并采用分阶段的试验方法,对多孔沥青混合料在干燥和饱和状态下的水稳定性及其衰减过程进行了研究。根据疲劳作用后的剩余强度,发现混合料强度的衰减主要发生在疲劳荷载作用的前期。基于强度和间接拉伸回弹模量提出了相应的损伤变量λ1和λ2,可用于评价和预测混合料的水稳定性。