沥青混合料的宏观性能与组分相材料性能和内部结构特征等密不可分,因此从微细观角度研究沥青混合料宏观性能是十分必要的。考虑微细观结构特征及其演变的力学试验的数值模拟,它将组分材料性能和宏观性能定量地结合起来,进而把握沥青混合料不同力学特性之间的平衡,并避免了大量的室内经验性试验。本文首先采用CT技术和DIP技术研究两种成型条件下三种级配沥青混合料试件的内部空隙特征,并采用数学模型对其进行表征。结果表明,沥青混合料的空隙空间分布规律受试件成型方法及级配类型的影响较大。不同级配条件下,马歇尔试件内部空隙分布沿着高度方向总体呈现对称形状,而静压试件内部空隙分布则为“一端大,一端小”的形状；相同级配条件下,静压试件的平均空隙率和平均空隙数量均较大,但平均空隙等效直径相差较小；采用两参数数学模型能够表征沥青混合料内部空隙空间分布规律,以及成型方法和集料级配对其的影响。再则,基于黏弹性理论,利用CT技术、DIP技术和FEM方法对沥青混合料二维数值模型进行虚拟间接拉伸试验和虚拟蠕变试验研究,通过分析两种试验条件下均质模型与非均质模型内部结构力学响应,提出虚拟蠕变试验最佳试验面的选取方法,并分析了劈裂荷载作用下混合料损伤开裂位置及原因。结果表明,与均质模型相比,非均质模型可以更准确地模拟蠕变实验；沿试件高度方向选择不同的试验截面不会对数值试验结果产生影响,因此沿此方向的任意截面均可作为虚拟蠕变试验的最佳试验面。非均质模型与均质模型的间接拉伸试验的应力S11与S22曲线变化趋势均相同；均质模型最大压应力位于模型中心,非均质模型最大拉应力位于砂浆与粗集料的界面处,且竖向路径的最大拉应力大于横向路径的最大拉应力,据此推断出沥青混合料损伤开裂位置主要集中于竖向路径最大拉应力处。最后,基于CT技术、DIP技术和FEM方法,利用软件Mimics对沥青混合料三维数值模型进行重构研究。并对比分析真实沥青混合料试件与数值模型内部结构中各组分在体积含量方面的差异,验证了该三维数值模型的正确性。