在常年低温、较大的昼夜温差及强烈的太阳辐射等恶劣自然条件作用下，高海拔高寒地区沥青路面在运营过程中容易产生路面温缩裂缝、车辙变形、路基不均匀沉降等严重影响路面结构力学响应的常见病害现象。其中，由温度应力引起的低温开裂成为其结构性病害的主要形式。目前，对沥青路面温度应力的研究多通过室内试验和有限元模拟的手段实现，难以准确描述材料的细观特性。沥青混合料是由集料、沥青砂浆和空隙构成的多相复合材料，其细观结构对材料力学特性有显著影响。鉴于此，论文采用室内试验与离散元模拟相结合的手段，基于离散元程序PFC2D建立沥青混合料约束试件温度应力试验（TSRST）虚拟试件，研究沥青混合料低温开裂过程中温度应力积累和裂缝扩展的细观机理，分析集料特性、空隙特性以及集料-沥青砂浆界面粘结强度等因素对沥青混合料热传导、低温抗裂性以及裂缝扩展规律的影响。
　　首先，基于逆向体视学原理和概率论方法，建立了沥青混合料三维体积级配与二维数量级配的转化关系，确定了各级粒径集料颗粒的数量。将粗集料视为不规则多边形，定义了单个不规则多边形的随机生成算法，实现了考虑级配特征的不规则多边形的随机生成。基于此，结合混合料材料组成特征，建立了二维离散元虚拟试件，为后续数值模拟建立物理模型基础。
　　其次，根据PFC2D中标准接触本构模型的特点，结合沥青混合料各组分之间的接触行为特点，赋予了不同接触本构模型。将颗粒之间的接触行为等价为弹性梁和粘弹性梁的力学行为，推导了材料宏细观参数之间的换算关系。借助室内试验测定了集料和沥青砂浆的宏观参数，并分析了温度对粘弹性参数的影响，最终确定了各相材料间的细观接触参数。
　　再次，基于物理模型与细观参数，结合室内试验条件，建立了TSRST虚拟试验方法，并对比室内试验结果验证了虚拟TSRST试验的准确性。通过TSRST虚拟试验，分析了试件内部温度场变化规律、温度应力曲线、细观接触力的分布特征以及低温开裂的细观机理。研究表明，沥青混合料试件的低温开裂过程分为起裂阶段、稳定扩展阶段及不稳定扩展阶段三个阶段。不稳定扩展阶段，温度达到断裂温度后，温度应力下降了66%，裂缝总量增加了132条，微裂缝发展成宏观裂缝。沥青混合料温度疲劳研究中，引入岩石材料的平行粘结损伤模型，并通过低温低频重复直接拉伸试验模拟温度疲劳作用。模拟结果证明了通过离散元实现温度疲劳试验的可行性，并揭示了温度疲劳开裂的细观机理。
　　最后，基于已建立的TSRST虚拟试验方法，分析了集料特性、空隙特征以及集料-沥青砂浆界面粘结强度等因素对沥青混合料热传导、低温抗裂性以及裂缝扩展规律的影响。结果表明：随着集料含量的升高，试件热传导能力增强；断裂强度增加，但断裂温度升高，失效接触数目增加，断裂强度对于低温抗裂性的表征具有相对性。随着空隙率和空隙半径的增加，试件热传导能力下降；断裂强度降低，断裂温度升高，二者均呈现非线性变化规律；失效接触数目增加，并集中体现于沥青砂浆内部，裂缝倾向于在沥青砂浆中穿行。集料-沥青砂浆界面粘结强度较低时，增加强度能显著提升材料的低温抗裂性；当界面粘结强度增加至一定数值后，断裂温度和断裂强度变化较小，裂缝基本在沥青砂浆内部穿行。
　　论文以高海拔地区受温度影响显著的沥青路面低温开裂行为为研究对象，分析了沥青混合料低温开裂过程中的温度应力分布与裂缝发展过程的细观机理，对防治沥青路面低温开裂提供一定的理论指导与技术措施。