集料是沥青混合料等路面材料的重要组成部分,集料的良好级配以及颗粒之间的嵌挤与摩擦作用对柔性路面结构的承载能力和稳定性有显著的影响。但由于集料是离散性的结构并具有非线性力学特征,基于连续介质力学理论的传统力学试验和计算方法对于描述级配变化与形态变化对集料力学性能的影响规律存在一定的困难。本文基于离散元方法建立集料数值模型,开展虚拟单轴贯入试验、三轴压缩试验与三轴剪切试验,分别测试不同级配组成与不同形态特征的集料在荷载作用下的承载能力与变形特性,通过分析集料在荷载作用下的细观力学响应与结构特征变化,从细观层面研究级配组成、形态特征对集料宏观力学性能的影响关系,并初步探索了集料级配对沥青路面路用性能的影响关系,为沥青混合料设计提供参考。主要研究内容及成果如下:(1)颗粒间采用线性接触模型,建立集料数值模型并开展虚拟三轴压缩试验,通过分析不同细观参数下试样的宏观力学响应,建立细观参数与宏观参数之间的联系,依据经验取值,确定了接触模型的细观参数。(2)设计了7组不同的级配组成,生成反映实际级配特征的虚拟集料试样,开展虚拟单轴贯入试验与三轴压缩试验测试集料的承载能力与变形特性,并通过提取贯入试验过程中试样内部接触力的分布与变化、位移的分布与变化、球域配位数等信息建立集料细观结构与宏观力学性能的联系,研究了级配组成对集料力学性能的影响关系。研究表明,AC-20中值级配与4.75mm筛孔通过率为35%的SAC-25级配承载能力、抵抗变形能力比较高,4.75mm筛孔通过率为40%的SAC-25级配承载能力差,4.75mm筛孔通过率为30%的SAC-25级配抵抗变形能力差。(3)对不同级配集料开展沥青混合料室内马歇尔试验、车辙试验与劈裂试验,研究级配组成对沥青混合料路用性能的影响关系。研究表明,AC系列级配集料的CBR值大小与沥青混合料马歇尔稳定度、车辙动稳定度大小一致,集料的承载能力对沥青混合料的承载能力有一定的影响关系;SAC系列级配集料的贯入平均位移量大小与沥青混合料车辙变形量大小一致,集料的细观结构特征变化对沥青混合料的车辙变形有一定的影响关系;集料的承载能力与沥青混合料的抗拉强度没有明显的影响关系。(4)基于三维几何图形构建了反映三维形态特征的集料颗粒,以椭圆体、六面体、针状、片状颗粒来描述粗集料的三维形状特征,以四面体、五面体、六面体颗粒描述集料的棱角特征,以簇颗粒表面摩擦系数描述集料的纹理特征,开展虚拟三轴剪切试验、单轴贯入试验、三轴压缩试验,分析颗粒的形态特征对集料力学性能的影响。研究表明,立方性集料的抗剪性能、承载能力最优,球体颗粒的抗剪性能、承载能力较差;表面粗糙、经破碎的碎石集料的抗剪性能、承载能力优于表面光滑、近似球体的砾石集料。