粒料层和土基回弹模量是柔性基层沥青路面结构设计中的重要参数。粒料与土基材料的非线弹性特性和车辆荷载的重复加卸载特征,造成了粒料层和土基的回弹模量具有应力依赖性,针对现有沥青路面设计方法中粒料层和土基模量取值存在的问题,本文开展了系统研究。基于三参数模型自主开发了粒料和土基的材料子程序,建立FEAP二维轴对称有限元模型并进行了验证。考察了柔性路面结构中粒料层和土基模量的应力依赖性及其分布特征:粒料层和土基模量随着结构内部应力状态的变化而变化。采用当前主流的粒料层和土基线弹性模量取值方法进行结构分析,发现不同模量取值方法之间的结构响应差异显著:沥青面层底部拉应变相差约-22%～-8%,土基顶部竖向变形相差约-32%～6%。研究了温湿度作用下柔性路面的结构力学行为。使用实体路面结构、材料参数和为期一年的环境监测数据,确定了 95个温湿度组合,在此基础上,考虑重载、薄沥青层的影响,分别采用非线弹性材料本构、美国力学经验设计指南(MEPDG-2012)的线弹性模量取值方法、我国公路沥青路面设计规范(JTG D50-2017)的线弹性模量取值方法进行了柔性路面结构计算,共计855次。发现非线弹性结构计算与MEPDG模量取值方法和D50模量取值方法间的结构响应和长期性能均存在显著差异:根据不同的结构+荷载组合,非线弹性和线弹性结构分析相比,沥青面层底部最大拉应变相差可达80%,土基顶部最大压应变相差可达40%;沥青面层疲劳寿命相差约为-47%～30%,土基顶部永久变形使用寿命相差约为-33%～50%。揭示了粒料层和土基的“非线弹性材料本构”与现行的“线弹性设计方法”之间的矛盾。提出了“基于路表弯沉等效”和“基于结构响应等效”的结构模量求解方法。前者利用了结构层模量反算的基本原理和计算方法;后者则利用自主开发的VBA(?)迭代程序进行结构模量求解。两种方法均能够快速得到各种结构、荷载、环境组合下的结构模量,但是两种结构模量值之间差异较大。两种求解方法各有优缺点:“基于路表弯沉等效”的结构模量求解方法与现有的模量反算接轨,但是直接应用于结构计算存在风险;“基于结构响应等效”的结构模量能够直接用于路面结构计算与评价,具有较好的应用前景。建立了两种结构模量之间的关系,用二次多项式进行拟合,相关性良好。两种结构模量在一定条件下可以相互转化或相互预测。推导了粒料的应力增量本构方程,并对重复加载三轴试验的加载序列进行了改进。提出了更先进的动态回弹特性求解方法,能够同时考虑动态回弹模量及泊松比的应力依赖性和正交异性。分析了动态回弹特性的影响因素,深化和改善了粒料类材料室内试验研究。在此基础上,开展了考虑粒料和土基材料正交异性的沥青路面结构分析和结构模量研究:考虑粒料层和土基的正交异性会增大路面结构响应,降低结构模量值,同时改善了粒料基层的受力状况,现有的各向同性材料假设,容易低估路面结构的受损情况。本文围绕非线弹性粒料层和土基在柔性基层沥青路面中的结构力学行为,提出了粒料层和土基的结构模量求解方法,并进一步深化和完善了粒料类材料的动态回弹特性试验研究。成果可为长寿命沥青路面研究提供基础,对于改进和完善我国沥青路面设计方法具有重要意义。