现阶段我国沥青路面的早期损坏现象十分严重,损坏类型错综复杂,严重地影响了行车的安全性和舒适性,极大地降低了路面的使用品质,缩短了路面的使用寿命,因此解决沥青路面早期损坏在我国现阶段的道路建设和管理养护中是十分必要的。研究表明,进行沥青路面的“健康监测”,准确地获取路面结构受力状态信息,进而探究早期损坏机理,采取合理有效的预防措施是解决沥青路面早期损坏的根本办法。光纤传感技术的出现为准确地获取路面结构受力状态信息提供了可能。光纤光栅传感器以其良好的耐久性和稳定性已成为工程应用的热点,借助它在其它工程领域的成功经验将光纤智能传感技术移植到道路工程中,实现沥青路面的“健康监测”。但现有的光纤光栅传感器模量较大(一般在50~70GPa),与沥青混合料模量(一般在1.0~1.2GPa)不匹配,导致两者协同变形性较差,传感器采集的信息与路面该点的真实信息存在差异,不能直接用于评价该点的受力状态,因此研究光纤传感技术监测沥青混合料应变响应有效性是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础,是十分必要的。针对实际沥青路面的不同受力状态,本文设计了单一受力模式试验和复杂受力模式试验,对传感器实时输出的数据与理论真实值进行对比分析,得出两者间的相互关系,并进行传感器短期和长期响应监测,同时采用有限元技术进行仿真分析,以评价光纤光栅传感器监测沥青混合料应变响应的有效性,并进行影响因素分析,为传感器实测数据的修正及传感器进一步的改进与开发提供依据。本文的主要研究工作包括以下几点:首先,针对有限元仿真的需要,为真实反映沥青混合料的粘弹特性,分别设计了单轴动态蠕变试验和动态模量试验进行沥青混合料粘弹参数的测定,并通过拟合计算得到大型有限元软件ABAQUS中提供的粘弹模型参数。其次,针对沥青路面中受拉和受压的单一受力状态分别设计了植入传感器的四点弯曲梁试验和动态单轴压缩试验。受拉传感器埋设于四点弯曲梁纯拉区,基于实测梁底竖向挠度得到理论计算应变,受压传感器埋设于单轴压缩圆柱试件中心,外接LVDT传感器测定真实应变。对比分析传感器实测应变与理论计算应变和真实应变间的相互关系,进而得出传感器监测沥青混合料应变响应的有效性并建立传感器实测应变的理论修正公式,变化试验温度得到温度对两者关系的影响。第三,应用建立在相似理论基础上的模化方法和有限元仿真进行路面复杂受力模型设计。确定了模型与路面原型间各参数的对应关系,建立典型路面结构的三维有限元模型,确定轮载影响范围,进行单、双轮均布荷载等效,面层结构与路面全结构等效,最终确定了路面复杂受力模型。第四,针对确定的复杂受力模型设计了三层复合板轮载试验,将传感器埋设于复合板上面层底部和中面层中部,进行不同温度下的短期循环加载和标准车辙试验,得出不同温度下传感器监测沥青混合料短期及长期应变响应的有效性。最后,建立上述各室内试验的有限元模型,分析传感器的存在以及传感器模量和型式对传感器附近区域及模型各力学参数的影响,确定合理的传感器模量及型式,以指导传感器的进一步开发。实现了移动荷载的数值模拟,进行复合板模型在一次轮碾瞬态作用及短期轮载循环作用下的动态应变响应时程分析,得出了有限元模拟的准确性,埋设传感器可以准确地反映路面结构内部的主要受力状态,并探讨了车辙形成的主要影响因素。本文在光纤传感技术监测沥青混合料应变响应有效性、传感器实测应变修正和沥青混合料室内试验的有限元模拟分析方面所做的一系列工作,将为光纤光栅传感器的进一步改进与开发、光纤传感技术在道路工程中的应用、工程研究方法和工具的更新以及非线性有限元在沥青路面结构设计与分析中的应用奠定坚实的基础。