沥青混合料的各向异性一直是道路工作者非常关心的问题。长久以来,由于测试手段和力学分析方法的限制,该问题并未得到充分的讨论。目前,在我国沥青路面结构设计中,路面各层材料均假定为各向同性。这一假定虽然简化了计算过程,方便了力学响应的求解,但是由集料颗粒组成的沥青混合料、级配碎石等能否被看作为各向同性材料一直被人们所怀疑。本文紧扣引起沥青混合料各向异性的内、外在因素,首先通过X-Ray CT、Mimics以及Matlab软件对沥青混合料进行扫描,利用图像处理技术和组构张量理论分析沥青混合料各向异性微观指标(35)与混合料中粗集料和空隙的数量、扁平率和长轴取向的关系。同时,为进一步拓展沥青混合料各向异性在实际工程中的应用,本文利用线性规划求解和改进的配置方法理论,求得沥青玛蹄脂的主曲线和Prony级数模型,从而将其黏弹性参数应用于后续的数值模拟试验中。基于沥青混合料扫描图像完成二维和三维模型的重构,并利用二维数值模型进行不同加载方向的间接拉伸试验,揭示各向异性微观评价指标与力学指标的关系。针对三维数值模型,在沿水平和竖直方向切割等尺寸的模型后,分别进行动态模量试验、单轴拉伸试验和间接拉伸试验的数值模拟试验。同时,进一步利用数值模拟的优势从不同方向的动态模量和应力应变分布情况来全面地研究沥青混合料的各向异性。研究结果发现集料和空隙的形状、大小、长轴取向和扁平率都是影响沥青混合料各向异性的关键因素。沥青混合料在受压时横向和竖向上具有明显的性质差异,并且随着应力的增加各向异性也更为显著。混合料中集料和空隙在竖向和横向上形态特征与分布的不同,是造成这种差异的根本原因。本文的研究方法与内容既继承了连续性介质力学计算效率的优势,也能准确地描述微观结构分布对材料宏观响应的影响,为揭示沥青混合料的各向异性问题提供了重要的工具。同时,车辙、裂缝和疲劳等典型病害在考虑了各向异性的影响后,亦会得到更为合理的解释。