为研究大厚度柔性基层沥青路面结构内部力学行为特征及疲劳寿命，以田新高速试验段、主路面结构为原型，分别制作全厚路面结构模型，开展同条件下沥青稳定碎石柔性基层和水泥稳定碎石半刚性基层沥青路面结构静力加载对比试验。采集不同轴载、温度工况下各层位力学响应值，进行变化规律拟合分析，并根据实际工况计算分析疲劳寿命。结果表明，同条件下，沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构下面层底、基层底的横向及纵向应变和竖向压应力指标均明显小于水泥稳定碎石半刚性基层沥青路面结构，且2种结构的下面层底各力学指标均大于其对应基层底指标；2种结构下面层、基层的疲劳寿命对数值随荷载等级增加呈线性下降，前者受温度变化影响更小，且数值均较后者明显提高；正常环境温度和标准交通荷载下，沥青稳定碎石柔性基层大厚度沥青路面结构下面层与基层预期可实现长寿命。研究结果为长寿命沥青路面结构提供新的试验途径与评定方法。