（一）传统的沥青路面结构破坏理论与设计方法
自从人们在道路上开始使用沥青路面结构形式以来,就开始了对沥青路面破坏形态及其原因的探讨，并根据当时所掌握的认识水平与方法对沥青路面结构破坏进行研究，并提出相应 的抗裂设计方法。

在早期，人们主要基于对不同类型数据的调查釆集，经过数据整理分析，总结提出经验性 的公式与方法，计算或预测沥青路面结构相应结构破坏的使用寿命。后来随着塑性力学与传 统的疲劳强度理论的发展与推广应用，关于沥青路面结构破坏的研究开始进入理性的分析阶段。
塑性力学在道路中的应用，主要是确保结构的承载力，即利用材料的抗剪强度指标，运用 塑性破坏理论，分析道路结构层的屈服破坏，并在材料选择和结构设计上防止这种破坏的出 现。如根据早期美国各州公路工作者协会（AASHO）实施的实地性能测试结果指出了提高结构 层内粘聚力的重要性。基于这种理论提出的路面结构设计方法，在确保结构承载力时,本应考 虑C、甲（材料抗剪强度指标中的粘聚力、内摩阻角）两方面，但在实际操作中造成了偏差，如单 纯依靠改善其中的一项指标而在工程中釆取不当的措施，造成不良后果。
随着传统的疲劳破坏理论的发展，人们认识到，路面的破坏是由于荷载在路面材料中引起 的重复加载疲劳应力超过了路面混合料的抗拉强度而发生的。美、英、苏、前联邦德国等国，根 据十多年的大量实验，相继进行了基于疲劳强度理论的设计上的重大改革。并且，目前各国沥 青路面设计仍主要沿用这种疲劳强度理论^[5~^10]_o只是由于各国情况不同，在取得结论的方法 上也各有不同，各国分别确定了自己的设计方法。

（二）基于断裂力学的沥青路面破坏理论与应用
传统的疲劳强度理论承认了由于荷载的循环作用而对材料造成的损伤的累积，但相关的 分析是针对连续完整、无缺陷的结构体系进行的，并没考虑材料、结构内部先天存在的缺陷或 因使用期内逐渐出现的缺陷对路面结构造成的不利影响，这使得运用传统疲劳力学理论与方 法对沥青路面结构进行的计算和分析结果与实际情况存在偏差，尽管引入了不同的修正系数 或安全系数，但使设计结果仍带有较大程度的不确定性。按照后来发展的断裂力学及其疲劳 断裂力学的观点，结构的破坏正是由于其内部存在的缺陷引起应力集中与内部损伤，当这种应 力集中与损伤累积超过材料与结构抵抗破坏的容许值时，就造成了内部缺陷的发展，并导致结 构的破坏。断裂力学及其疲劳断裂力学在工程上的应用与发展,引起或即将引起有关结构设 计的革命性变革,包括其中的设计理念、计算方法、设计和验算指标等方面。
基于结构内部存在裂缝之类缺陷的断裂力学理论与方法在沥青路面工程中的应用，大约 开始于20世纪60年代末、70年代初至今为止,依次经历了线弹性断裂力学、疲劳断裂 力学与粘弹性断裂力学等几类断裂力学理论与方法的应用发展阶段。
1 .线弹性断裂力学
关于路面结构内部存在缺陷的沥青路面结构分析，有一种处理方法,即认为裂缝总是有一 定宽度，裂缝尖端曲率并不为零，考虑接缝处存在应力集中现象,按照传统的强度理论进行计 算。如1980年,Monismith等人皿却用热弹性力学，对交通荷载与温度荷载作用下的开裂基层 （或旧路面）与加铺层中的应力分布特征进行了研究，并就橡胶沥青夹层对于裂缝尖顶端附近 应力集中的消散作用进行了分析。结果表明，软弱夹层能有效地降低裂缝顶端的应力集中，延 缓反射裂缝的扩展。为了寻求合适的夹层材料以阻止或延缓反射裂缝的扩展，Coetzee、 Franken. Marchard等人均作过类似的分析,Fmnckw的研究表明，夹层材料的刚度越大， 止裂作用越明显，如果层间的粘结强度不高，有可能使得基层或旧路面上的裂缝沿界面扩展， 但如果层间粘结强度足够高，不会导致脱胶现象发生，则裂缝将会沿垂直方向扩展。
此外,将降温过程中旧水泥路面缝边的张开位移作为主要特征参数，通过力 学分析提出了一种计算温度收缩引起的加铺层中的应力响应，并开发了相关的计算机程序，可 进行加铺层的设计及温缩型反射裂缝疲劳寿命的预估。
严格意义上的线弹性断裂力学，是针对裂缝尖端曲率半径为零、宏观可检的裂缝，准确地 描述裂缝尖端应力应变场，通过断裂准则计算临界裂缝尺寸或临界荷载，并建立裂缝起裂和稳 定扩展条件及其计算方法。线弹性断裂力学在沥青路面结构开裂破坏分析中的应用，主要贡 献在于，通过其应用，计算分析了沥青路面在交通荷载和温度荷载下的开裂机理及各类防裂措 施阻止沥青路面开裂的原理，并引人应力强度因子、能量释放率及相应的断裂韧性参数等概 念,提供了人们科学认识沥青路面开裂的方法与手段（包括计算参数及开裂判断准则）。
研究工作主要集中在两方面:通过各种试验测试，分析阻裂措施防止开裂的机理,对比不 同阻裂措施的效果同;建立力学模型和结构模型，通过数值计算分析沥青路面的开裂机理 或阻裂措施的机理^E30'³⁵ ~^45jo其中重点在软弱夹层、应力吸收薄膜（SAMIS）、土工布、格栅等夹 层体系阻止沥青路面开裂的效果及数值模拟分析方面。特别对于夹层体系，其性能与层间接 触状态存在很大关系，如何科学合理地考察层间接触状态对沥青加铺层开裂的影响，是相关试 验技术和数值模拟技术的核心。
“七五”期间，为了迎接我国即将兴起的高等级公路建设高潮，国家组织开展了有关沥青路 面的重点科技攻关项目“高等级公路半刚性基层沥青路面结构设计和抗滑表层的研究。为了了解交通荷载和温度荷载作用下半刚性基层裂缝扩展规律以及阻裂 措施机理，长沙交通学院利用线弹性断裂力学理论与方法，结合光弹模型试验，进行了较系统 的研究。后来，继续开展了相关研究工作，取得了一系列的研究成果［2,30~45］。主要结论有：
1） 对于交通荷载的作用，大量常用沥青路面结构开裂主要取决于剪应力集中作用,属于剪 切型开裂。而对于温度荷载，如果降温梯度较大，或降温速度较快，在沥青面层顶面产生的温 度应力比较大，有时比交通荷载应力大几倍，容易导致沥青面层表面开裂。此时一般表现为横 向裂缝。
2） 对于开裂的半刚性基层沥青路面，当沥青面层较厚（厚度时），路面降温时最大 的温度应力发生在面层表面，易于形成对应裂缝。当沥青面层较薄（厚度＜9cm）时，情况有所 不同,一般为反射型裂缝。
3） 关于裂缝的防治，沥青面层较厚时，主要选用优质沥青和配置抗裂性能好的沥青面层混 合料。沥青面层较薄时，除选用优质沥青外，还应采取一些防裂措施，如在面层和半刚性基层 之间设置土工织物或做一层弹性模量低、抗拉性能好的橡胶沥青应力吸收膜，也可在面层和开 裂半刚性基层之间铺设级配碎石中间层，但其厚度不小于10cm_o
4） 粒料过渡层、橡胶沥青、土工布、玻璃纤维格栅等夹层材料在防止反射裂缝时所发挥的 力学效应主要包括:软弱夹层作用（应力吸收薄膜）;桥联作用;嵌锁咬合作用。此外，土工布还 可起到隔离作用,防止路表开裂后路表水的下渗。
5） 各种夹层体系之类措施的阻裂效果与其层间接触状态、夹层材料的模量等存在很大关 系，在选择土工织物、格栅等不同类型夹层材料时,应研究其力学指标能否保证其加筋或应力 吸收薄膜效果的发挥。
2.疲劳断裂力学
目前,关于沥青路面结构开裂研究领域主要集中在应用疲劳断裂力学理论与方法。
由于沥青路面结构始终处在交通荷载和温度荷载的循环作用下,其破坏主要体现为疲劳破坏特征，因此，应主要研究沥青路面内裂缝的疲劳扩展规律。现在，人们已公认，沥青路面结 构的疲劳破坏可以分为两个阶段，即传统的无缺陷的疲劳起裂阶段及其后考虑裂缝的疲劳断 裂阶段。关于前者，人们已经做了大量的疲劳破坏试验与结构分析，积累了相当多的经验，其 所得成果至今仍在沥青路面结构设计方法中沿用。而关于后者,主要围绕疲劳断裂规律性展 开研究。其中牵涉到材料的疲劳断裂规律的数学模型的建立及其描述,模型参数的测试与确 定，沥青路面结构疲劳断裂分析与结构简化模型的建立及相关计算方法，以及各类影响因素及 其对模型与计算方法的影响修正等。

关于沥青混合料和沥青路面疲劳断裂破坏过程的描述，有的釆用应力或应变或荷载等力 学参量，用它们与循环加载次数的回归关系作为相应的疲劳方程景。
但人们［炉53］普遍釆用基于应力强度因子的经验性总结的Paris公式，,描述沥 青路面疲劳裂缝扩展过程，并以此计算疲劳裂缝扩展寿命。根据理论分析结果和疲劳断裂试 验数据，提出沥青路面（含沥青加铺层）结构的使用寿命预测方法。
da/dN = A（AK）ⁿ
式中：da/dN——裂缝随荷载循环次数的扩展速率；
△K——荷载循环过程中裂缝应力强度因子的变化值; A.n——材料参数。
为了研究沥青混合料及沥青路面的疲劳断裂规律，人们釆用了不同的试验方法（直接拉伸 试验、间接拉伸试验、四点弯拉试验、三点弯拉试验和半圆试件弯拉试验等）测试沥青混合料疲 劳断裂性能，并进行了不同的模拟交通荷载、温度荷载或二者共同作用的沥青路面模型的疲劳 断裂试验。随着试验研究工作的积累，人们发现，在交通荷载和温度荷载的作用下，沥青路面 结构内裂缝扩展的形式复杂，一般为复合型裂缝〔尚,用Paris公式这种基于张开型裂缝疲劳试 验获得的规律性认识模型与实际情况存在偏差，主要体现在模型中描述疲劳裂缝扩展速率的 公式中所包含的项数及其相关模型参数上。
由于沥青材料具有较强的温度敏感性，具有热粘弹性材料特征，研究发现，用Schapery理 论研究沥青混合料及其结构的疲劳裂缝扩展过程比较准确S,洞。这一理论仍沿用Paris公 式，只是利用沥青材料的粘弹性特性预测Paris公式中的4m两个材料参数值。后来,人们在 此基础上，经过釆用不同的试验方法针对不同沥青混合料开展疲劳断裂试验,提出了 Schapeiy 理论中计算疲劳断裂参数的修正公式。
利用疲劳断裂力学方法分析沥青路面疲劳开裂,可以获得有价值的结论，用于指 导工程实际或有助于沥青加铺层设计公式的提出。由于沥青混合料性质的复杂性,至今关于沥青混合料及沥青路面疲劳断裂的研究仍在进 行中,欲提出成熟的抗裂设计方法尚存在较大的差距。
2. 粘弹性断裂力学
人们早就认识到沥青混合料为一种粘弹性材料，已经开展了不少关于沥青材料的粘弹性 分析工作。由于沥青材料属于一种粘弹性材料，沥青路面开裂主要为温度型开裂，因此，大量 的粘弹性力学研究工作主要围绕沥青路面温度型开裂开展。但基于断裂力学的粘弹性力学方面的应用研究是近些年开始发展起来的。研究工作主 要集中在沥青材料的粘弹性特性及低温抗裂指标的试验研究及沥青路面温度应力计算方面， 应用粘弹性断裂力学理论与方法进行理论分析方面的工作尚不多。
值得注意的是，试验研究表明，在对沥青混合料和沥青路面结构进行疲劳断裂力学与粘弹性断裂力学分析时，应用能量观点预测沥青混合料和沥青路面疲劳断裂寿命似乎更为准确。