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原文传递沥青路面抗滑特性与其表面粗糙特性之关系研究

论文题名：	沥青路面抗滑特性与其表面粗糙特性之关系研究
关键词：	沥青路面;抗滑性能;路表纹理
摘要：	路面抗滑性能的不足是直接导致行车交通事故的主要原因之一，保障路面良好的抗滑性能是保证行车安全的前提。选择合理的抗滑性能指标既是项目工程质量自身的需要，也是项目管理人员决策的需要。常用的路面抗滑性能的评价方法主要以摩擦系数指标为对象，而摩擦系数的测试容易受到测试环境、测试方法以及测试人员的影响，其条件限制性较强。大量研究表明路表纹理特性对其抗滑性能有着显著的影响，两者之间联系紧密。研究沥青路面的纹理特性，建立纹理特性同抗滑性能之间的关系，对正确选择路面原材料，合理决策路面养护时机，设计满足抗滑性能要求的沥青路面，减少交通事故率等方面具有指导意义。本文通过改进传统3光源光度立体技术，提取路表纹理形貌信息，分析纹理粗糙特性对抗滑性能的影响，并进一步建立了基于纹理形貌粗糙特性的抗滑性能的评价体系。无论是对沥青路面抗滑性能的评价，还是对沥青路面建设的指导设计，降低交通事故率，本文的研究工作都具有重要的理论价值和工程应用潜力。论文开展了如下工作: 　　(1)为了快速、全面、精确地提取路面三维纹理形貌信息，论文分别使用6光源法、低秩矩阵恢复法、基于控制点的加权法和基于控制点的插补面法用于改进传统光度立体技术。现实中，路面抗滑性能的评价多将其纹理形貌特征表达成统计指标。论文最终选择低秩恢复全局积分修正算法求解路面纹理形貌信息，以减少控制点的操作对重构效果的影响。同传统光度立体算法相比，该算法具有以下改进:使用6个光源代替原来的3个光源，避免照射盲区的产生;传统算法中的中值滤波处理被剔除，以防止因图像细节信息的损失而影响到重构精度;根据光度立体算法成像系统本身具有的低秩特性，低秩恢复算法被采用，以消除噪音、高光点以及阴影区域等因素对测试系统的不利影响。　　(2)为了合理地表达和描述路面三维纹理形貌的粗糙特性，论文分别从高度相关评价、波长相关评价、形状相关评价以及综合评价四个方面共提炼出了14个三维形貌表征指标。通过对比二维纹理形貌指标同三维纹理形貌指标的差异，发现二维纹理形貌指标参数在一定的程度上低估了纹理形貌实际的粗糙特性。这一现象指明进一步提取路面三维纹理形貌，建立基于三维纹理形貌的表征指标是必要的。　　(3)为了避免传统回归衰变模型中的大数据样本的采集，论文采用二次拟合改进GM(1，1)模型建立基于纹理形貌指标的路面抗滑性能的衰变模型，以解决小数据样本的建模问题。该模型参数的物理意义明确，表现出较好的模拟精度，可以用来描述沥青混合料表面纹理形貌的衰变特性。结合衰变模型参数，不同因素对路面抗滑性能衰变特性的影响被分析。结果表明:①在宏观纹理形貌指标的层面上，OGFC类混合料的衰变速率最大;最大公称粒径偏大的混合料的衰变速率要略大于最大公称粒径偏小的混合料。在众多指标中，除了Sk以外，其它的指标的衰变速率均要低于MTD。但就衰变终值而言，SMA和OGFC级配类混合料的衰变终值要优于AC级配类型，更有利于抗滑性能的持久保持。②在微观纹理形貌指标的层面上，其衰变特性要复杂的多。轮胎的磨耗作用对微观纹理形貌中Sk1和MTD1指标衰变速率的影响最为显著。　　(4)论文从二维纹理信息指标和三维纹理形貌指标出发，分别建立其同抗滑性能之间的关系模型。结果表明，二维纹理信息指标难以取得较好的回归效果。论文最终利用多元二次多项式模型建立了抗滑性能指标同三维纹理形貌指标的关系模型。此外，论文结合IFI评价体系建立了基于三维形貌特性的抗滑性能评价体系。该体系只需求解路面纹理形貌指标就可以直接完成路面抗滑性能的评价，易于实现，更加简化了不同评价指标之间的统一。　　(5)为了定量评价分异处理的效果，论文建立了ADR和AAF两个指标，并以此为基础分析了不同分异配比值对抗滑性能的影响。发现分异化处理能够加剧其抗滑性能波动的剧烈程度，帮助重新生成新的纹理形貌构造，延缓抗滑性能指标的衰变进程。但是，应当严格把握所选用的分异配比值。　　本文在路面抗滑性能评价方面所做的三维纹理形貌的提取、形貌指标的表征、机理的分析以及模型的构建等一系列研究工作，将为评价沥青路面抗滑性能提供新的思路，为完善沥青路面设计，管理路面运营养护提供理论基础。
作者：	王元元
专业：	交通运输工程；道路和铁道工程
导师：	孙璐
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文