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原文传递多孔沥青路面排水特征及安全性能研究

论文题名：	多孔沥青路面排水特征及安全性能研究
关键词：	交通事故;多孔沥青路面;极限排水强度;抗滑能力;能见度
摘要：	降雨会形成路表水膜，造成轮胎与路面接触的摩擦力急剧下降，使得车辆在湿滑路面上行驶比干燥状态存在更大的危险，严重影响公路行车安全。多孔沥青路面因其特殊的大空隙连通结构，可以消除路表水膜、抑制水雾、提高抗滑等功能，但在短时特大暴雨情况下，其排水能力达到了极限，必然在路面局部出现水膜，对正在高速行驶的车辆必然造成极大的安全隐患。　　汽车在雨天行驶过程中，轮胎所溅起的水花在某些温度、气压、相对湿度、风向和风速条件下极易形成水雾，司机视觉特性受能见度的影响，一旦出现水雾，前方能见度会显著下降，人体主观的识别距离也随之迅速减小，甚至出现对行车间距的错误判断，造成交通事故。　　相对于密级配沥青路面，虽然多孔沥青路面具有显著提高抗滑性能和减少雨天水雾的功能，但目前国内外研究仅集中在水雾的形成原理方面，并未考虑到路面结构对能见度的影响。通过调整路面结构设计参数和降雨量来预判能见度大小，将显著提高现有沥青路面的安全性能，这对于道路的线形设计和运营保障具有重要的理论意义和应用价值。　　本文以多孔沥青路面作为研究对象，先对其空隙结构特征进行了分析，建立其与渗透系数等路面宏观排水能力的相关关系；再对多孔沥青路面厚度、空隙率、坡度、坡长、降雨量、渗水系数和水膜厚度之间的相关性进行分析。对多孔沥青路面抗滑性能研究采取室内模拟降雨，分析不同沥青路面摩擦系数随车速与水膜厚度的变化规律，并对雨天环境的汽车停车视距和行驶稳定性进行分析。最后，以行驶中相邻车辆的水雾做为研究对象，对水膜产生水雾而导致能见度的变化进行数值模拟分析和现场实证，主要研究结论如下：　　1）空隙特征中的断面空隙平均面积、断面平均空隙率、单个空隙平均面积和单个空隙有效直径均随着实测空隙率增大而增大，呈正相关性；而断面平均空隙数量则随实测空隙率增加而减小，呈负相关性；空隙平均有效直径在3~12mm之间承担了路面的主要排水功能；　　2）基于空隙结构对多孔沥青路面排水能力的影响，提出了极限排水强度指标，并用排水层厚度、路面横坡、空隙率和渗透系数表征了极限排水强度回归模型；发现多孔沥青路表水膜厚度随着路面排水路径变长而增加，且随降雨强度增大而急速增加；　　3）基于多孔沥青路面渗流特性，提出了极限降雨强度的概念和强降雨下多孔沥青路面水膜厚度计算模型，并对极限排水强度计算模型进行了修正；　　4）利用斯特里贝克曲线，提出了用水膜厚度和车速表征的多孔沥青路面摩擦系数回归模型；发现公称最大粒径越大，多孔沥青路面抗滑安全性能更佳；随着水膜厚度的不断增加，多孔沥青路面的停车视距要比同车速的密级配沥青路面要小；在不同天气情况下，PAC-13沥青路面现场刹车制动距离都要比SMA-13沥青路面小，多孔沥青路面抗滑安全性能明显高于密级配沥青路面；　　5）提出了用车速和路面设计参数表征的沥青路面结构能见度回归模型，并对多孔沥青路面抑制水雾，提高能见度的机理进行了探讨，发现水雾引起的能见度会随车速和水膜厚度增加而不断减小；多孔沥青路面能见度比相同降雨强度下的密级配沥青路面要高出1.9倍以上。　　本文对多孔沥青路面的空隙特征和排水能力、强降雨下路面水膜厚度预测模型和抗滑特性、抑制水雾提高安全性能等方面开展了一系列研究工作，对提高其雨天行车交通安全性能有重大的研究意义。研究成果为多孔沥青路面的实际应用提供了参考价值，尤其为提高现有道路交通安全管理和运营维护水平，提供了新的思路。
作者：	汪敏
专业：	交通运输工程;道路与铁道工程
导师：	何兆益
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023