在车辆荷载的重复作用下沥青路面会产生疲劳破坏现象，降低了路面的路用性能，给行车安全带来很大的隐患。因此，沥青混合料疲劳性能一直是道路工程材料研究的热点，倍受国内外道路工作者的重视。由于沥青路面在车轮荷载作用下，呈现出拉-压交替的应力状态。而传统的劈裂疲劳试验只能实现单纯的拉伸或压缩作用模式。因此，本文改进了沥青混合料劈裂试验夹具，实现了对圆柱体试件的拉-压交替的双向交替劈裂疲劳试验模式。选取AC-13型沥青混合料，采用旋转压实的方法成型圆柱体试件，然后采用改进的劈裂疲劳试验夹具进行疲劳试验。试验所采用加载的波形为正弦波形式，加载的频率选用5Hz、10Hz，以模拟不同车速对路面疲劳性能的影响。试验采用的应力比为0.3、0.4、0.5、0.6，采用的温度为20℃。进行间接拉伸试验和双向劈裂加载模式的对比试验。然后分析这几个因素对沥青混合料疲劳寿命的影响。对不同应力比对应的疲劳寿命进行拟合得到混合料的S-N方程。最后，对比分析了双向劈裂疲劳和单向劈裂疲劳试验结果。通过对弹性模量、劲度模量和蠕变柔量的分析对比，选用劲度模量作为疲劳过程中的损伤变量，对单、双向劈裂疲劳加载模式下混合料的损伤规律进行对比分析。根据试验结果，重新定义了混合料劈裂疲劳的判据。研究表明，双向劈裂加载模式下沥青混合料疲劳性能的研究成果对于沥青路面设计和路面疲劳寿命的预估有很大的帮助作用。