公路水泥混凝土路面是刚性路面设计主要形式之一,在我国有着广泛的应用。随着日益增长的交通需求,众多路面结构开始出现不同程度的破坏,亟须修复。对于严重破损的路面结构,通常采用分离式加铺层加以修复。传统的分离式加铺层一般以沥青混凝土作为隔离层材料,但是沥青会粘结新旧混凝土层,起不到隔离作用,不利于反射裂缝的防治。于是,一种以无纺土工织物为隔离层的分离式加铺层结构被更加广泛的应用。不过,现行加铺层结构设计规范更多地是基于工程经验,缺乏足够的理论支持。因此,研究反射裂缝在路面结构中的疲劳扩展机理,清楚认识无纺土工织物隔离层的结构作用,对加铺层厚度进行合理设计,进而预测整个路面结构的疲劳寿命具有重大意义。在本文中,首先对无纺土工织物的基本属性进行了介绍,并基于织物在加铺层结构中抵抗反射裂缝的工作机理,对其平面内的拉伸性能与平面外的压缩性能进行了研究,认为热粘型无纺土工织物是隔离层的理想材料,并提出了其在分离式加铺层中的三维模型。接着,本文以现有加铺层设计理论为基础,基于线弹性断裂力学理论,借助商业有限元软件ABAQUS,将Paris疲劳扩展率与扩展有限元模块相结合,建立了以无纺土工织物为隔离层的分离式混凝土路面加铺层三维疲劳断裂模型,对反射裂缝在加铺层结构中的疲劳扩展机理进行了相关研究,并定量定义了疲劳寿命界限。最后,从隔离层的有无、隔离层的厚度、加铺层的厚度以及旧混凝土层的厚度四个方面,研究了对疲劳寿命的影响。研究结果表明:加铺层结构的疲劳破坏分为四个阶段,整个过程以Ⅰ型开裂为主,在路面板卸载后逐渐出现Ⅰ、Ⅱ复合型开裂,直至加铺层结构完全失效;无纺土工织物隔离层可以为加铺层结构带来更高的疲劳寿命,证实了其重要的结构意义;路面各层的厚度变化均会对疲劳寿命产生影响,其中,疲劳寿命对加铺层厚度最为依赖,旧混凝土层厚度影响次之,隔离层厚度影响最弱。最后,本文基于计算结果,提出了加铺层厚度的合理取值,并结合实际案例,为工程设计提供一定的指导建议。