沥青路面受环境中水分影响,在服役期间内多处于非饱和状态,但现有针对沥青路面渗流场的力学分析为了提高计算效率,多将路面形式简化为完全饱和或纯弹性状态,造成分析结果与实际工程检测结果出现较大偏差,使得力学分析与实际工程应用严重脱节。因此,为准确获得真实含水状态下沥青路面的力学响应规律,必须将沥青路面的非饱和状态予以考虑。同时,为获得非饱和状态下沥青路面的力学特征,首先要得到真实的路面材料渗透系数。但现有测试设备和方法只能测得表征沥青混合料整体渗透性的耦合渗透系数,无法准确测量沥青混合料单一方向的渗透系数。基于以上问题,本文通过自主开发新型多向渗流装置,获得准确的材料渗透系数,同时引入非饱和多孔介质理论,进行非饱和沥青路面结构解析求解及数值模拟分析,以量化水分对沥青路面力学性能的影响。首先,根据非饱和多孔介质理论,通过在各结构层材料参数中引入饱和度概念,建立非饱和沥青路面力学模型及基本控制方程;采用层状弹性体系力学中的积分变换法,推导得到非饱和沥青路面单层弹性体系一般解,并代入荷载及边界条件,求得弹性半空间体特例精确解。其次,根据基本控制方程,求得非饱和沥青路面单层传递矩阵;采用波传递法,即反射-透射矩阵法,推导多层非饱和沥青路面弹性体系一般解,并通过荷载波矢量求得表面状态向量。随后将模型退化到饱和状态,验证了解析求解的准确性,并给出了数值计算程序流程。再次,采用中空马歇尔试件,实现了沥青混合料水平向及竖向渗流的分离。随后设计并研发了试件成型装置、防渗装置及多向渗流装置,对AC-20、OGFC-16两类沥青混合料进行渗水试验,测量得到不同孔隙率、中空直径下的水平向及竖向渗透系数。结果表明:沥青混合料渗透系数具有明显横观各向同性性质,水平向与竖向渗透系数之比约在1～15范围内。最后,基于ABAQUS有限元平台,建立饱和,非饱和沥青路面三维模型,对比分析结构内部关键力学指标,得到非饱和状态下沥青路面力学响应规律,并指出其相应病害类型。同时,建立移动荷载作用下饱和沥青路面三维模型,分析对比不同渗透性工况下,力学指标的时程变化与空间分布特性,将渗透系数的作用与非饱和状态加以区分,并初步阐明水平向与竖向渗透系数各自对路面力学性能的影响。结果表明:较之于饱水状态,非饱和状态下沥青路面各竖向应力、竖向位移增大,发生车辙破坏可能性增大;但沥青层层底水平拉应变减小,拉压交替现象不明显,发生开裂,疲劳等病害的可能性减小,且相应地,孔隙水压力减小,路面受水损害程度较小。同时,渗透系数的作用与非饱和状态不同,其中,与水平向相比,竖向渗透系数在改变孔隙水压力幅值的同时,也决定了水分在路面结构内的渗流区域。因此,准确测量两个方向的渗透系数对于获得准确的路面动力响应具有重要意义。本文开发的多向渗流装置能有效提高沥青混合料渗透系数测试精度。同时,对非饱和沥青路面的解析求解和数值模拟,为路面力学特性研究提供基础支撑。