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不同形式和程度的开裂是沥青路面的常见病害。理解沥青混合料损伤断裂的产生机理和动态演化过程是提升沥青路面预防性养护水平和延长沥青路面使用寿命的关键。作为一种非均质材料,在外部荷载与复杂环境的反复作用下,沥青混合料的力学性能与损伤行为复杂多变。具有检测灵敏、精准、实时等优势的声发射技术能够有效检测材料内部每一微小损伤的发展和评价材料性能的变化。本文的目的是通过探讨沥青混合料受载后内部微裂纹萌生、集中与扩展为宏观裂纹并最终完全断裂这一连续力学过程和声发射过程的协同演化机理,实现对损伤行为的动态诊断、损伤特征的准确识别以及缺陷位置的精准定位。首先,基于小波变换和分形理论,探讨了静态荷载作用下沥青混合料损伤断裂过程的声发射参数与波形特征,明确了不同损伤阶段声发射行为的变化规律与非线性特征;其次,探讨了动态荷载作用下沥青混合料疲劳裂纹演化过程的声发射机理,观察了声发射定位结果同裂纹扩展路径的对应关系,分析了声发射过程的不可逆特征及其存在条件;最后,基于突变理论与模式识别技术,建立了声发射-尖点突变模型识别沥青混合料的临界断裂状态,开展了不同损伤阶段声发射特征的聚类分析。研究表明:(1)累积声发射能量和振铃计数曲线的阶段性变化特征与沥青混合料力学行为有关,不同荷载水平下累积声发射参数的快速增长反映了试件内部损伤发展的剧烈程度。基于连续小波变换和离散小波变换分析发现声发射信号的频率范围、幅值、能量占比等指标的变化能够有效揭示不同损伤阶段沥青混合料声发射行为的差异性。不同加载速率下,声发射能量具有相同的分形结果,而声发射振铃计数、撞击数和事件数的分形结果是不同的,说明声发射能量对沥青混合料破坏过程具有更为稳定的分形响应。波形分形维数从最小值突然增长的转变与沥青混合料内部断裂过程区的形成有关。(2)随着休息间隔的增加,沥青混合料疲劳微裂纹集中和扩展阶段声发射能量时序分布的“空白区”特征逐渐消失,说明休息间隔越长,沥青混合料损伤演化过程不连续,开裂行为的强度减弱。声发射幅值b值下降的拐点可被视为宏观断裂的前兆信息。声发射事件的空间动态演化表明沥青混合料疲劳损伤开裂行为呈现由小尺度无序向大尺度有序的发展规律,反映了材料结构组成以及加载方式对疲劳破坏的影响。沥青混合料疲劳损伤过程弗勒斯特(Felicity)比具有三个阶段的变化,分别对应压实变形阶段,微裂纹萌生与扩展阶段和宏观裂纹扩展阶段。声发射凯塞(Kaiser)效应存在于压实变形阶段,当试件内部出现疲劳裂纹时,声发射过程丧失不可逆特征。小波尺度谱可反映不同加载方式对Kaiser效应和Felicity效应特征点时频特征的影响。(3)声发射信号平均频率(average frequency,AF)-上升时间/幅值(rise time/amplitude,RA)指标能够有效区分沥青混合料半圆弯动态疲劳试验中不同阶段的主导开裂类型。在疲劳裂纹形成与扩展过程中,声发射信号AF值减小,RA值增大,意味着试件底部切口尖端处由于应力集中发生的剪切型开裂;随着裂纹不断向上扩展,AF值有所增大而RA值的变化相对趋于稳定。沥青混合料疲劳损伤声发射过程具有突变特征,基于累积声发射能量序列建立的尖点突变模型可有效识别裂纹由微观发展为宏观这一临界断裂状态。基于声发射能量、AF值、RA值建立的自组织映射(self-organizing map,SOM)神经网络模型能够有效区分沥青混合料疲劳荷载作用下的微观裂纹繁衍阶段和宏观裂纹扩展阶段的声发射特征。在临界断裂状态下,声发射特征的聚类分析存在一定的过渡状态;随着宏观断裂的来临,声发射特征分类结果将更为集中,意味着声发射过程有序度的提高。研究结果丰富了对不同荷载条件下沥青混合料损伤行为及其特征的声发射表达,扩展了对其断裂机理的理解,有望为沥青路面结构健康诊断与安全性评估提供帮助与支撑。