排水沥青路面具有排水、降噪和抗滑等良好的路用性能,其性能来源于混合料内部具有连通空隙。由于我国一些季冻区存在夏季高温多雨和冬季寒冷冰冻的交替作用,由此引起的路面破坏情况严重。研究表明,在冻融循环作用下,沥青混合料的强度和内部空隙结构均会发生改变,进而影响其耐久性、排水等路用性能。另一方面,由于排水性沥青路面属于开级配沥青混合料,路面内部具有大空隙,易产生强度低、耐久性差等问题。因此研究排水性沥青路面中的空隙分布特征及其渗透性、分析冻融循环作用对排水性沥青路面强度及空隙结构的影响、揭示排水性沥青混合料在荷载作用下的力学响应具有重要意义。基于此本文以空隙分布特征为主线,结合X-Ray CT技术、图像处理技术、三维重构及有限元分析方法,研究排水性沥青混合料的空隙演变、细观结构损伤及其力学性能衰变过程。此外,本文利用三维重构模型分析了排水性沥青混合料的渗透性,引入图像的信息熵理论判定沥青混合料微观结构损伤。本研究的主要成果如下:首先,按照规范要求设计并成型了三种不同级配的排水性沥青混合料试件,并测量其空隙率和连通空隙率,将其与重构计算得到的数值对比,验证了重构的可靠性。并通过对重构模型进行渗透性模拟,可视化展现了渗透路径和渗透速率,发现排水性沥青混合料的横向排水能力大于竖向排水能力。其次,分析了冻融循环作用下添加木质素纤维和玄武岩纤维排水性沥青混合料的强度衰减规律,在此基础上,通过空隙率、空隙体积分布、空隙数量等指标分析了玄武岩纤维排水性沥青混合料在15次冻融循环过程中的空隙特征演变规律,研究结果表明沥青混合料的劈裂强度前期下降快,后期趋于平缓,且玄武岩纤维沥青混合料的抗冻性能更佳;随着冻融循环次数的增加空隙率逐渐增大,空隙数量和微小空隙的占比逐渐减少。接着,借助数字图像逻辑运算探究冻融循环作用下沥青混合料的细观结构损伤,发现空隙演变存在的三种主要形式:部分空隙变大,有些相邻空隙相互连通形成大空隙或连通空隙;部分空隙变小,有些小空隙会消失;微裂纹损伤后形成新空隙。研究结果表明用图像信息熵可有效判定沥青混合料结构损伤行为。最后,基于CT扫描数据和数值仿真技术模拟冻融劈裂试验和单轴压缩试验。冻融劈裂试验仿真计算发现沥青混合料在荷载作用下由于受到较大的水平拉应力而开裂。单轴压缩试验仿真计算表明随着空隙率的增大,混合料的承载能力降低。