本发明公开了一种三维应力状态下沥青混合料模量衰变规律的表征方法，包括如下步骤：制备沥青混合料直接拉伸、间接拉伸和单轴压缩试验试件；进行沥青混合料直接拉伸、间接拉伸和单轴压缩强度和疲劳试验；建立沥青混合料强度与加载速率的幂函数关系方程；分别建立直接拉伸、间接拉伸和单轴压缩模式下的沥青混合料模量衰变方程；根据疲劳初始等效应力和疲劳破坏时等效应力计算疲劳应力强度比；建立三维应力状态下沥青混合料模量衰变规律的表征模型；本发明实现了沥青混合料不同加载模式下模量衰变规律的统一表征，为实现从材料疲劳损伤到结构疲劳损伤的科学转化提供了理论、方法与技术依据。