沥青混合料疲劳是一个复杂的研究课题。疲劳损坏是沥青路面尤其是柔性基层沥青路面的主要破坏模式之一。多年以来，人们在沥青混合料疲劳性能的研究方面作了大量的工作，特别是对于应变控制式疲劳性能试验研究。本研究在前人研究成果的基础上，提出大样本条件下进行沥青混合料应变控制疲劳试验的思路。主要目的是研究相同条件下，沥青混合料疲劳寿命的概率分布，沥青混合料试件疲劳损伤的演化以及沥青混合料试件内部结构和组成对沥青混合料疲劳性能的影响，揭示沥青混合料疲劳性能差异的原因。 本研究选用四点弯曲疲劳试验方法，采用英国COOPER公司生产的疲劳试验机，进行了大样本小梁应变控制式疲劳试验。 研究表明，沥青混合料试件疲劳寿命和累计耗散能离散性很大，可能相差几十倍；初始模量数据离散性不大；沥青混合料的疲劳寿命和累计耗散能不呈正态分布而呈现对数正态分布，初始模量数据呈正态分布和对数正态分布。沥青混合料的疲劳寿命、累计耗散能和初始模量呈3参数Weibull分布和对数3参数Weibull分布。 试件的疲劳寿命与初始模量数据线性相关，沥青混合料试件的初始模量越大，疲劳寿命越小。试件的疲劳寿命与累积耗散能数据呈现非常良好的相关性。试件的疲劳寿命越长，其累计耗散能越大。试件的累积耗散能与初始模量数据在双对数坐标图上呈现较好的相关性。试件的初始模量越大，其累计耗散能越小。试件的疲劳寿命对数和累积耗散能对数与空隙率相关性较好，试件的空隙率越小，疲劳寿命越长，累计耗散能越大。初始模量与空隙率的相关性不明显。 沥青混合料试件的疲劳破坏过程极其相似，各试件的疲劳损伤呈明显的非线性衰减规律。根据应变控制疲劳试验的受力特点，分析了沥青混合料应变控制疲劳试验输入和输出响应，发现沥青混合料应变控制疲劳试验过程中的松弛现象。并由此建立了考虑应力松弛的沥青混合料试件疲劳损伤的演化模型，模型计算值与试验结果吻合良好。 采用色彩标示法区分沥青混合料的组成部分和空隙，利用数字图像处理技术对疲劳试验后的试件中部纯弯段的内部结构和组成进行分析。分析发现相同条件下我们制作的所谓“相同试件”其实存在较大差异，正是这些差异可能导致了“相同试件”宏观力学性能的较大差异。多元回归分析表明，沥青混合料的疲劳寿命与沥青混合料内部结构和组成直接线性相关。 从服从正态分布的随机变量之的线性组合仍服从正态分布这一理论基础出发，考虑几个主要影响因素构成随机向量，预测了作为随机变量lnNf、lnE0和lnWf的均值与方差。这为沥青混合料疲劳寿命的预测提供了新思路。 本文得到的研究成果深层次地揭示了沥青混合料应变控制疲劳性能的内在规律，为更深入地研究沥青混合料的疲劳性能提供了新的思路、方法和手段。