沥青混凝土具有复杂的力学和热学特性,因此很难用宏观参数对其进行量化评价,当前出现用细观结构来预估沥青混凝土的宏观材料特性。为了研究细观结构和材料参数对沥青混凝土宏观力学和热学特性的影响,本文提出一种三维正方体集料投放算法,在考虑真实集料体积分布规律的基础上,给出一种包含正方体集料、沥青砂浆、界面和孔隙的四相体三维细观数值建模方法。反算获得细观材料参数,代入数值模型中进行仿真分析,从而预估沥青混凝土宏观力学和热学特性。首先,依据圆形和方形集料投放算法成型不同级配的二维数值模型,代入沥青砂浆和集料参数进行分析计算,研究集料形状、级配和空间位置对二维数值模型顶面压缩变形的影响。其次,在三维集料投放算法的基础上提出一种改进的四相体三维数值建模方法。通过对真实试件切面中的集料横截面进行面积识别分档统计其个数,将识别结果与不同数值模型切面的识别结果进行对比,验证瓦拉文公式的适用范围及三维数值建模方法的合理性。为了验证基于细观结构和材料参数预估沥青混凝土宏观力学和热学特性的合理性,分别建立考虑真实集料体积分布的三维数值模型,代入各相材料参数进行分析计算。最后,分别用松弛试验和热学试验结果对力学和热学仿真结果进行验证。结果表明本文提出的考虑真实集料体积分布的数值建模方法具有合理性,用细观结构和材料参数可以有效预估沥青混凝土的宏观力学和热学特性。