瀝青路面抗滑的機(jī)理與長(zhǎng)期演化行為研究

本項(xiàng)目圍繞瀝青路面抗滑的機(jī)理與長(zhǎng)期演化行為，通過(guò)分析路面宏/微觀紋理與抗滑特性進(jìn)行多尺度物理建模，采用理論分析、數(shù)值仿真、宏觀與微觀分析相結(jié)合的方法，揭示全壽命周期內(nèi)瀝青路面的抗滑特性與紋理特征和路表水膜等相互關(guān)系，并進(jìn)一步分析其對(duì)行車安全的影響。通過(guò)分析不同類型瀝青混凝土的表面紋理特征參數(shù)，開(kāi)發(fā)了基于降維處理技術(shù)的路表紋理分析模型，通過(guò)引入密封效應(yīng)與Stribeck曲線考慮薄層水膜的影響，構(gòu)造可用于評(píng)估潮濕路面抗滑勢(shì)的理論工具。基于水動(dòng)力學(xué)理論，開(kāi)發(fā)求解了用于描述路面流體時(shí)空運(yùn)動(dòng)規(guī)律的二維淺水方程組與孔隙率淺水方程組的算法程序。設(shè)計(jì)路面加速磨光試驗(yàn)方法，提出瀝青路面抗滑性能的演化模型。進(jìn)一步，通過(guò)對(duì)紋理特征、路表水流動(dòng)規(guī)律與胎/路摩擦的研究，建立路面抗滑行為的物理建模與評(píng)價(jià)方法，確定影響路面抗滑水平與演變速度的主要影響因素，揭示路表紋理、特征道路線形與路面抗滑行為的相互關(guān)系，為道路的設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)管理、路面材料選型與道路運(yùn)營(yíng)管理提供支撐。

路面的持久抗滑能力是確保道路全壽命周期內(nèi)的行車安全的必要條件。這需要深入理解路面的抗滑機(jī)理及抗滑性能在服役期內(nèi)的演化行為，并在路面設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)營(yíng)階段采取合適的措施。干燥路面的抗滑能力主要取決于路表宏觀與微觀紋理，潮濕路面的抗滑水平則還與路面水膜厚度關(guān)系密切；路面的水膜厚度與其排水能力關(guān)系密切，后者主要受路表紋理、道路幾何線形及路面透水特性等控制；而瀝青路面的紋理與透水性在服役期間并非定值。本項(xiàng)目旨在研究瀝青路面全壽命周期內(nèi)的抗滑行為，通過(guò)對(duì)紋理特征、路表水流動(dòng)規(guī)律與胎/路摩擦的研究，建立路面抗滑行為的物理建模與評(píng)價(jià)方法，確定影響路面抗滑水平與演變速度的主要影響因素，揭示路表紋理、特征道路線形與路面抗滑行為的相互關(guān)系，為路面的設(shè)計(jì)、建造與養(yǎng)護(hù)管理提供理論支撐。

國(guó)內(nèi)外研究表明乳化瀝青冷再生路面均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗裂性能，但對(duì)其裂紋發(fā)展行為及抗裂機(jī)理缺乏研究。本課題擬從以下幾個(gè)方面對(duì)其全面研究。首先，基于CT技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)分析乳化瀝青冷再生混合料的顆粒分布、空隙分布和空隙特征，重構(gòu)三維數(shù)值化模型。其次，基于Arcan疲勞試驗(yàn)和非接觸式數(shù)字圖像相關(guān)法（Digital Image Correlation, DIC）分析乳化瀝青冷再生混合料在不同開(kāi)裂形態(tài)下的裂紋發(fā)展行為和疲勞壽命；結(jié)合Arcan斷裂驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)的離散元方法（Discrete Element Method, DEM）模擬，分別得到界面強(qiáng)度和疲勞損傷參數(shù)。最后，通過(guò)對(duì)乳化瀝青冷再生混合料和熱瀝青混合料疲勞開(kāi)裂的仿真研究，建立離散元模型，全面分析不同因素對(duì)開(kāi)裂過(guò)程和疲勞壽命的影響。并通過(guò)與熱瀝青混合料抗裂性能的差異性分析，揭示乳化瀝青冷再生混合料的抗裂機(jī)理。

阻塞的發(fā)生與大尺度環(huán)流背景（急流、行星尺度定常波等）有關(guān)，阻塞生命的發(fā)展和維持與上游渦動(dòng)強(qiáng)迫（風(fēng)暴路徑）密切相關(guān)。全球和區(qū)域大氣環(huán)流背景的變化必然對(duì)阻塞活動(dòng)產(chǎn)生影響，因此有必要研究阻塞的長(zhǎng)期變化和趨勢(shì)。本項(xiàng)目將系統(tǒng)分析北半球各個(gè)區(qū)域阻塞的長(zhǎng)期變化特征，探索阻塞活動(dòng)與NAO，ENSO，PDO活動(dòng)的在空間和時(shí)間上的關(guān)系，并進(jìn)一步從背景流、行星尺度波和天氣尺度波動(dòng)等方面探討與阻塞的生命活動(dòng)有關(guān)的大氣環(huán)流變化對(duì)阻塞活動(dòng)影響的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。其中將著重分析對(duì)我國(guó)氣候產(chǎn)生影響的烏拉爾山、亞洲大陸阻塞和鄂霍次克海阻塞的長(zhǎng)期變化特征和原因。.本項(xiàng)目的研究將系統(tǒng)揭示北半球各個(gè)區(qū)域的阻塞，尤其是對(duì)我國(guó)天氣氣候產(chǎn)生影響的阻塞活動(dòng)的長(zhǎng)期變化特征及其可能原因。為我國(guó)災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)提供參考。

提高瀝青路面抗滑性能已成為保證交通安全的關(guān)鍵技術(shù)，輪胎與粗糙表面接觸特性是提高路面抗滑能力的關(guān)鍵。以往研究將路面假設(shè)為摩擦系數(shù)一定的平滑界面，其接觸狀況與實(shí)際情況明顯不符。本研究將深入研究細(xì)觀尺度下集料表面紋理和宏觀尺度下粗顆粒空間分布形態(tài)及其與輪胎嚙合程度的多尺度界面接觸特征。研發(fā)高精度（10μm）三維激光紋理測(cè)試方法，評(píng)價(jià)集料表面紋理特征，采用高精度工業(yè)CT掃描技術(shù)評(píng)價(jià)混合料級(jí)配組成及粗骨料形態(tài)與空間分布特性。采用高精度薄膜壓力傳感器探索輪胎與瀝青路面間不同荷載和抗滑狀態(tài)下的接觸面積、接地壓力分布規(guī)律，并設(shè)計(jì)輪胎與瀝青路面不同接觸狀態(tài)下的抗滑試驗(yàn)，探索上述接觸特征下的抗滑效果、規(guī)律及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本研究可顯著改善抗滑材料設(shè)計(jì)和路面功能養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)等依賴經(jīng)驗(yàn)的落后現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)瀝青路面抗滑性能，從而降低資源與造價(jià)浪費(fèi)，提高路面安全性能。