高速公路水泥混凝土路面在交通荷载与环境因素的综合作用下，原有路面出现较为严重的损坏，极大影响了路面的使用性能及服务寿命。水泥混凝土路面通过加铺排水沥青路面层可以恢复其路面性能，改善雨天行驶的安全性。本文依托广西省科技厅《新型生态排水沥青路面关键技术研究及示范应用》项目，通过室内试验和有限元仿真模拟，从力学性能角度出发，量化分析动载作用下水泥路面加铺排水沥青路面结构力学行为，为工程应用提供依据。
　　首先，基于南宁市近30年气候资料和交通调查数据以及旧水泥路面状况，分析广西南宁绕城高速公路环境特征及交通特征，为混合料设计及有限元模拟提供交通量、结构、材料等参数。对原材料进行性能测试，基于粗骨料空隙填充法(CAVF)方法进行目标空隙率为18%、23%、25%的多孔排水沥青混合料配合比设计，最终确定油石比：5.3%、4.8%、4.7%，高粘剂HVA掺量为沥青掺量的8%，聚酯纤维掺量为混合料总质量的0.1%。
　　通过体积法计算不同空隙率的混合料质量，采用旋转压实(SGC)方式成型PAC13(1)、PAC13(2)、PAC13(3)三种级配的150mm×170mm试件，记录不同级配压实曲线，结果表明粗骨料达到嵌挤设计空隙率PAC-13(1)需要旋转220次，PAC-13(2)需254次，PAC-13(3)需180次。对PAC13(1)级配通过控制旋转压实次数形成不同压实功的4个试件。随后，对三种级配和四种压实功试件钻取100×150mm的芯样，对比试件和钻芯后的空隙率，提出排水沥青混合料空隙分布均匀系数K，进行空隙分布均匀性分析。结果表明经SGC成型试件钻芯空隙率比成型空隙率低2%~4%，外壳的空隙率比成型试件的空隙率高1%~3%，粗骨料越多，空隙更容易不均匀。
　　然后，通过沥青混合料性能测试仪(AMPT)，采用半正弦波对排水沥青混合三种级配和四种压实功试件进行动态模量试验。分析温度、频率和级配空隙率对动态模量的影响规律，结果表明多孔沥青混合料动态模量随温度的减小、加载频率增大、空隙率减小而增大。根据时-温等效原理(WLF)，运用最小二乘法对动态模量进行Sigmoidal模型主曲线进行拟合，得出三种空隙率PAC的动态模量主曲线模型和不同空隙率动态模量计算公式，为有限元模拟提供材料参数。
　　最后，运用Abaqus有限元软件建立纵、横贯穿裂缝下水泥路面加铺多孔排水沥青路面的三维有限元模型，结构材料参数采用室内动态模量试验值。采用Fortran语言编写dload子程序模拟行车移动荷载，定义荷载大小、周期、速度等参数。研究不同速度、不同结构组合下，路面结构沥青层竖向应力、路面竖向位移、层底拉应力与拉应变、层底剪应力随时程的变化，结果显示荷载移动与结构受力没有呈现明显单调性，沥青各层竖向压应力值在0~0.2Mpa。计算三种厚度组合在不同速度水平下排水路面沥青层的永久变形量在0.79~2.69mm，满足规范要。通过反算，提出工程适用的不同交通量情况下结构优化措施，为水泥路面加铺排水路面结构设计提供理论基础。