疲劳破坏是沥青路面结构理论与设计的本源性问题。行车荷载下沥青路面的粘弹性动力学响应是进行路面结构动态设计的基础,为多轴应力状态下沥青路面破坏问题提供理论解释。传统的疲劳试验方法为沥青混合料试样所提供的应力(应变)场与实际沥青路面的力学响应有着很大的差异。因此以沥青层层底拉应力为指标建立起来得疲劳损伤方程不符合结构设计要求,更加无法深入研究沥青路面在真实疲劳荷载作用下的损伤规律。本文针对沥青混合料及路面结构特点,考虑沥青混合料的粘弹特性,分析了移动荷载作用下沥青路面的力学响应。通过正交设计计算,分析了荷载、温度、速度、面层厚度、基层厚度和基层模量这6个主要影响因素,采用极差分析法,以沥青面层底部应变历史为指标,得出了各主要影响因素的主次关系。研究表明,对于碎石基层的沥青路面结构,在移动荷载作用下沥青面层底部承受拉应力和压应力交替作用;随着温度增长,拉应变和压应变峰值呈指数型增长,所受压的时间比受拉时间长,且温度越高,受压时间越长;拉应变时间历程与行车速度呈幂函数回归关系。对于半刚性基层沥青路面结构,参考路面结构层材料实际衰减规律,将结构层模量按使用年限逐渐衰减,研究表明沥青面层底部由受压逐渐转为受拉状态,且在路面寿命使用后期拉应力增长较快,与柔性基层路面结构受力差别较大;以各联轴作用下沥青路面应力-应变包络环,即耗散能为指标,进行多联轴荷载等效因子换算,进行多联轴作用下沥青路面疲劳寿命预估。运用伽辽金法,同时考虑沥青混合料拉、压模量的不同,分析了单向劈裂模式下圆柱体沥青混合料试件内部的应力状态,推导了基于双模量模型的劈裂试验力学解答,并与常用的Hondros给出的解析解进行比较,得出了基于伽辽金法推导的数值解。在深入分析了沥青路面在移动荷载作用下的力学响应后,推荐采用双向劈裂疲劳试验方法研究沥青混合料疲劳性能,该方法在试件内部产生的应力、应变与移动荷载下沥青路面的应力、应变响应较为相似,都为拉压交替的应力场;与间接拉伸疲劳试验相比,双向劈裂疲劳试验在沥青混合料试件内部产生的永久变形较小,对疲劳损伤研究而言,有利于降低了永久变形的影响。双向劈裂疲劳试验得出损伤进程较慢,疲劳寿命较大;在低应力比下,横向加载产生的压应力对沥青混合料有明显的愈合作用,而在高应力比下,这种压应力则产生明显的剪切破坏作用。本文的研究成果为研究基于真实应力(应变)状态下沥青混合料疲劳损伤机理奠定了基础。