沥青路面力学响应及其反演问题已成为国内外路面工程领域中的重要课题之一。目前,我国现行规范把沥青路面结构中的粒料基层和土基的回弹模量看成一个定值,对路面结构参数与力学响应反演的研究主要建立在线弹性的基础上,但这并不符合沥青路面结构真实受力情况。因此研究沥青路面非线性力学行为,并对沥青路面结构参数与力学响应参数进行反演和预测,这将对完善沥青路面设计理论体系,提高沥青路面的设计水平,具有十分重要的现实意义。本文主要从以下三个方面进行研究:(1)借助ILLI-PAVE有限元软件,对比了级配碎石和路基土的非线性都不考虑、单独考虑级配碎石的非线性和路基土的非线性这三种路面结构在超载条件下路面力学行为的变化规律,凸显考虑级配碎石基层和土基非线性的必要性,进而预估基于非线性力学行为下沥青路面结构的服务寿命。(2)在考虑级配碎石基层以及土基非线性的基础上,计算了在标准轴载以及不同的面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量参数和土基模量参数的路面力学响应参数。建立了路面力学响应参数与路面结构参数的GEP预测模型,对路表弯沉、面层层底拉应变、路基顶压应变以及路基顶偏应力这四个路面力学响应参数进行预测。(3)在考虑级配碎石基层以及土基非线性的基础上,计算了在FWD荷载以及不同的面层厚度、面层模量、基层厚度、基层模量参数和土基模量参数的条件下路表弯沉盆。建立了FWD荷载下的路面结构参数和力学响应参数与路表弯沉盆的GEP反演模型,对面层模量、基层模量参数、土基模量参数、面层层底拉应变、路基顶压应变以及路基顶偏应力这六个参数进行反演。