随着CT技术的出现，克服了传统意义上研究沥青混合料方法的局限性，为数字图像和数值模拟的结合提供了一个平台，尽可能减少不必要的试验工作。但目前的研究主要集中在对沥青混合料内部结构定量或定性分析及二维层面上进行图像数值模型的建立。但这种研究途径具有一定局限性，且基于试件三维微细观分布模型进行力学数值模拟的研究更少，而沥青混合料作为一种具有非均质、不等向的多相混合材料，其细观构造主要包括集料、沥青胶浆和空隙等，宏观结构的破坏是微观结构变化累积的外在表现，因此将宏观和微观结合起来研究具有重要价值和意义。本文基于沥青混合料特殊的材料性能，借助CT机无损扫描获取沥青混合料马歇尔试件不同层位的内部结构数字图像，通过图像处理技术分析了沥青混合料内部结构中空隙率大小及分布变化特征，计算结果表明，CT图像空隙率沿试件高度方向呈“两头大，中间小”的分布趋势，验证了沥青混合料内部微观结构的非均匀性，并对试件空隙率检测计算结果差异的显著性进行假设检验，认为CT图像计算的空隙率均值可以作为试件的空隙率值，表明了图像处理具有一定的准确性和可信度。再利用MATLAB处理软件，采用双峰法对沥青混合料图像进行三值化，有效地实现了沥青混合料各组成部分的区分，并进行了沥青混合料三维图像重建，将二维CT图像转换到三维尺度上，还原了试件的真实结构。同时将重建的图像信息导入大型有限元软件ANSYS中，建立了包括集料、空隙和沥青胶浆在内的沥青混合料三维微观结构有限元模型，生成的模型更接近沥青混合料的真实结构，然后利用ANSYS软件的计算功能，并输入不同材料的材料属性值进行有限元模拟计算，将模拟计算结果与劈裂试验结果进行对比，证明了数值模拟的合理性，为工程试验提供强有力的依据。